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技術 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体

出願人 キヤノン株式会社
発明者 堀川洋平
出願日 2016年8月1日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2016-151369
公開日 2018年2月8日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2018-021969
状態 特許登録済
技術分野 自動焦点調節 スタジオ装置 焦点調節
主要キーワード 減算素子 加算素子 画素配列図 出力ビット幅 単位画素セル SAD演算 リミッタ処理 相関データ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

信号の周波数成分に依存せずに高精度な焦点検出を行うことが可能な制御装置を提供する。

解決手段

制御装置(105)は、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて第1信号および第2信号の正規化処理を行う正規化手段(400、401)と、正規化された第1信号および第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段(402)と、相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、正規化処理を打ち消すように相関データを補正する補正手段(403、800、801)とを有する。

概要

背景

従来から、焦点検出を行ってフォーカス位置を制御する撮像装置が知られている。特許文献1には、1つのマイクロレンズに対応する複数の光電変換部(分割画素)を有し、そのマイクロレンズを2次元状に複数配置した撮像素子を用いて、位相差方式の焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献1の撮像装置は、分割画素から得られた画素信号のうち特定の周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタを用いたフィルタ処理を行うことにより焦点検出精度を向上させている。

特許文献2には、所定の周期で読み出された分割画素信号加算することにより、焦点検出に適した露光量の信号を取得する方法が開示されている。特許文献3には、水平方向に射出瞳を分割した画素間での相関演算結果を水平方向と直交する方向に加算することにより、良好な相関演算結果を取得する方法が開示されている。

概要

信号の周波数成分に依存せずに高精度な焦点検出を行うことが可能な制御装置を提供する。制御装置(105)は、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて第1信号および第2信号の正規化処理を行う正規化手段(400、401)と、正規化された第1信号および第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段(402)と、相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、正規化処理を打ち消すように相関データを補正する補正手段(403、800、801)とを有する。

目的

本発明は、信号の周波数成分に依存せずに高精度な焦点検出を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法プログラム、および、記憶媒体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行う正規化手段と、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段と、前記相演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正する補正手段と、を有することを特徴とする制御装置

請求項2

前記正規化手段は、前記正規化処理により前記第1信号および前記第2信号の正規化ゲインを制御し、前記補正手段は、前記正規化ゲインを打ち消すように前記相関データを補正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

前記相関演算手段からの前記出力信号を加算する相関加算手段を更に有し、前記相関加算手段は、焦点検出枠の範囲内における所定の方向に前記出力信号を加算して相関加算データを出力す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

前記所定の方向は、視差方向と直交する方向であることを特徴とする請求項3に記載の制御装置。

請求項5

前記相関データは、前記相関演算手段からの前記出力信号に相当し、前記相関加算手段は、前記補正手段により補正された前記出力信号を前記所定の方向に加算して前記相関加算データを出力することを特徴とする請求項3または4に記載の制御装置。

請求項6

前記相関データは、前記相関加算手段からの前記相関加算データに相当し、前記補正手段は、前記正規化処理を打ち消すように前記相関加算データを補正することを特徴とする請求項3または4に記載の制御装置。

請求項7

前記補正手段は、前記正規化係数を用いて、前記所定の方向における複数の行に関する前記出力信号を加算して得られた第1相関加算データを補正し、前記相関加算手段は、該複数の行とは異なる1つの行に関する前記出力信号と、前記補正手段により補正された前記第1相関加算データと、を加算して第2相関加算データを生成し、前記補正手段は、前記正規化処理を打ち消すように前記第2相関加算データを補正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

前記正規化手段は、前記第1信号および前記第2信号に対して第1周波数帯域バンドパスフィルタ処理を行う第1フィルタを有し、前記相関演算手段は、前記第1フィルタを通過した前記第1信号および前記第2信号に対して前記相関演算を行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項9

前記正規化手段は、前記第1周波数帯域を含む第2周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う第2フィルタと、前記第2フィルタを通過した前記第1信号および前記第2信号のそれぞれのピーク値を検出する検出手段と、前記検出手段から出力された信号に基づいて前記正規化係数を算出する算出手段と、を有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

前記正規化手段は、前記検出手段により検出された前記第1信号および前記第2信号の前記ピーク値を比較し、該ピーク値のうち大きい方のピーク値に対応する前記信号を出力する比較手段を有し、前記算出手段は、前記比較手段から出力された前記信号に基づいて前記正規化係数を算出することを特徴とする請求項9に記載の制御装置。

請求項11

撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する撮像素子と、前記第1光電変換部および前記第2光電変換部からの出力信号のそれぞれに対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行う正規化手段と、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正する補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置

請求項12

前記撮像素子は、1つのマイクロレンズに対して前記第1光電変換部および前記第2光電変換部を有し、該マイクロレンズが2次元状に配列されていることを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。

請求項13

第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行うステップと、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行うステップと、前記相関演算を行う相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正するステップと、を有することを特徴とする制御方法

請求項14

第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行うステップと、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行うステップと、前記相関演算を行う相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正するステップと、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

請求項15

請求項14に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体

請求項16

第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行う正規化手段と、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段と、を有し、前記正規化手段は、前記第1信号および前記第2信号に対して第1周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う第1フィルタと、前記第1周波数帯域を含む第2周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う第2フィルタと、前記第2フィルタを通過した前記第1信号および前記第2信号のそれぞれのピーク値を検出する検出手段と、前記検出手段から出力された信号に基づいて前記正規化係数を算出する算出手段と、を有し、前記相関演算手段は、前記第1フィルタを通過した前記第1信号および前記第2信号に対して前記相関演算を行うことを特徴とする制御装置。

請求項17

前記正規化手段は、前記正規化処理により前記第1信号および前記第2信号の正規化ゲインを制御することを特徴とする請求項16に記載の制御装置。

請求項18

前記相関演算手段からの出力信号を加算する相関加算手段を更に有し、前記相関加算手段は、焦点検出枠の範囲内における所定の方向に前記出力信号を加算して相関加算データを出力することを特徴とする請求項16または17に記載の制御装置。

請求項19

前記所定の方向は、視差方向と直交する方向であることを特徴とする請求項18に記載の制御装置。

請求項20

前記正規化手段は、前記検出手段により検出された前記第1信号および前記第2信号の前記ピーク値を比較し、該ピーク値のうち大きい方のピーク値に対応する前記信号を出力する比較手段を有し、前記算出手段は、前記比較手段から出力された前記信号に基づいて前記正規化係数を算出することを特徴とする請求項16乃至19のいずれか1項に記載の制御装置。

技術分野

0001

本発明は、焦点検出を行う撮像装置に関する。

背景技術

0002

従来から、焦点検出を行ってフォーカス位置を制御する撮像装置が知られている。特許文献1には、1つのマイクロレンズに対応する複数の光電変換部(分割画素)を有し、そのマイクロレンズを2次元状に複数配置した撮像素子を用いて、位相差方式の焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献1の撮像装置は、分割画素から得られた画素信号のうち特定の周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタを用いたフィルタ処理を行うことにより焦点検出精度を向上させている。

0003

特許文献2には、所定の周期で読み出された分割画素信号加算することにより、焦点検出に適した露光量の信号を取得する方法が開示されている。特許文献3には、水平方向に射出瞳を分割した画素間での相関演算結果を水平方向と直交する方向に加算することにより、良好な相関演算結果を取得する方法が開示されている。

先行技術

0004

特開2015−11283号公報
特許第5852356号
特開2013−072906号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1において、バンドパスフィルタを適用した信号が、焦点検出演算に適した振幅を有しているとは限らない。特許文献1には、バンドパスフィルタの例として、DC成分をカットしてエッジ抽出を行う{1、4、4、4、0、−4、−4、−4、−1}や高周波数ノイズ成分を抑制する{1,2,1}が開示されている。このようなバンドパスフィルタをデジタル信号に適用する場合、一般的には、各タップフィルタ係数の絶対値の合計で正規化を行うことにより、信号の振幅をバンドパスフィルタの適用前の信号のビット幅に抑えるように設計される。

0006

このとき、低コントラストの被写体に対して、高域を通過するバンドパスフィルタを適用した場合、振幅のない信号が得られる。高周波成分が多く含まれている被写体に対して低域を通過するバンドパスフィルタを適用した場合においても、同様に、振幅のない信号が得られる。このような振幅のない信号に基づいて焦点検出処理を行うと、焦点検出精度が低下する可能性がある。

0007

また、各タップのフィルタ係数の絶対値の合計で正規化を行わない場合、正規化を行った後に所定のビット幅に抑えるためのリミッタ処理が必要となる。高周波数成分を有する被写体に対して高域通過フィルタを適用してリミッタ処理を行うと、本来振幅があるべき部分がリミッタ上限値張り付いた信号となる場合がある。このような場合にも、焦点検出精度が低下する可能性がある。

0008

なお、正規化処理を行わない場合、各タップのフィルタ係数の絶対値が乗算された結果が出力されることがある。このような出力を演算として保障するには、バンドパスフィルタを用いたフィルタ処理以降の回路のビット幅を各タップのフィルタ係数の絶対値を乗算した結果のビット幅に拡張する必要があり、多くの回路規模が必要となる。

0009

特許文献2のように分割画素を所定の時間単位で加算した場合でも、必ずしも所定の帯域の信号において十分な振幅が得られるとは限らない。また、特許文献3のように相関演算の結果を行方向に加算した場合でも、振幅の足りない信号に基づいた相関演算結果間の加算となるため、確実に焦点検出精度の低下を防ぐことは困難である。

0010

そこで本発明は、信号の周波数成分に依存せずに高精度な焦点検出を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法プログラム、および、記憶媒体を提供する。

課題を解決するための手段

0011

本発明の一側面としての制御装置は、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行う正規化手段と、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正する補正手段とを有する。

0012

本発明の他の側面としての制御装置は、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行う正規化手段と、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段とを有し、前記正規化手段は、前記第1信号および前記第2信号に対して第1周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う第1フィルタと、前記第1周波数帯域を含む第2周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う第2フィルタと、前記第2フィルタを通過した前記第1信号および前記第2信号のそれぞれのピーク値を検出する検出手段と、前記検出手段から出力された信号に基づいて前記正規化係数を算出する算出手段とを有し、前記相関演算手段は、前記第1フィルタを通過した前記第1信号および前記第2信号に対して前記相関演算を行う。

0013

本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する撮像素子と、前記第1光電変換部および前記第2光電変換部からの出力信号のそれぞれに対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行う正規化手段と、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正する補正手段とを有する。

0014

本発明の他の側面としての制御方法は、第1信号および第2信号のそれぞれに関する正規化係数を用いて、該第1信号および該第2信号の正規化処理を行うステップと、正規化された前記第1信号および前記第2信号に対して相関演算を行うステップと、前記相関演算を行う相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、前記正規化処理を打ち消すように該相関データを補正するステップとを有する。

0015

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

0016

本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。

0017

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

発明の効果

0018

本発明によれば、信号の周波数成分に依存せずに高精度な焦点検出を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。

図面の簡単な説明

0019

各実施例における撮像装置のブロック図である。
各実施例における固体撮像素子画素配列図である。
各実施例における分割PDの画素値を用いて焦点検出動作(合焦動作)を行う場合の概念図である。
実施例1における焦点検出処理部のブロック図である。
各実施例における正規化係数決定部のブロック図である。
各実施例における第1フィルタのブロック図である。
各実施例における第2フィルタのブロック図である。
実施例2における焦点検出処理部のブロック図である。
各実施例における相関演算部のブロック図である。

0020

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

0021

まず、図1を参照して、本発明の実施例1における撮像装置の構成について説明する。図1は、本実施例における撮像装置100のブロック図である。なお図1において、本実施例の特徴に直接的に関係のない構成は省略している。

0022

光学系ユニット101(撮像光学系)は、フォーカスを調整するためのフォーカスレンズを含むレンズ群シャッタ絞り、および、レンズ制御部などを備えて構成される。光学系ユニット101は、駆動制御部108からの出力信号(駆動信号)に基づいて駆動される。駆動制御部108は、後述の焦点検出処理部105から出力されるデフォーカス量に従って、光学系ユニット101に含まれるフォーカスレンズの駆動信号を出力する。固体撮像素子102は、単位画素セルが2次元マトリクス状に配列されたCMOSイメージセンサであり、光学系ユニット101に含まれるシャッタや絞りにより露光制御が行われる。

0023

ここで、図2を参照して、固体撮像素子102の単位画素セルについて説明する。図2は固体撮像素子102の画素配列図であり、図2(a)は単位画素セル200の構成、図2(b)は単位画素セル200の配列(ベイヤー配列)をそれぞれ示している。

0024

図2(a)に示されるように、単位画素セル200は、1つのマイクロレンズ2と、1つのマイクロレンズ2に対応する(1つのマイクロレンズ2を共有する)複数(2つ)の光電変換部1a、1b(分割画素、分割PD)を有する。なお本実施例において、1つのマイクロレンズ2を共有する光電変換部(分割画素)の数は2つであるが、これに限定されるものではない。例えば、1つのマイクロレンズを共有する四つの光電変換部を設けてもよい。光電変換部1a、1bは、同一のマイクロレンズ2を介して入射光を受光することにより、その配置に応じて瞳分割された像を得ることが可能である。以降、光電変換部1a、1bにより得られた像をそれぞれA像、B像という。図2(b)に示されるように、固体撮像素子102は、単位画素セル200を2次元状に複数配列して構成される。すなわち固体撮像素子102は、1つのマイクロレンズ2に対して第1光電変換部(光電変換部1a)および第2光電変換部(光電変換部1b)を有し、複数のマイクロレンズ2が2次元状に配列されている。

0025

A/D変換部103は、伝送路上のノイズを除去するCDS回路非線形増幅回路などのアナログ信号処理部(不図示)を有する。またA/D変換部103は、アナログ信号処理を行った上で固体撮像素子102から出力されるアナログ電気信号に対して所定のアナログ信号処理を行った後、アナログ電気信号をデジタル電気信号(画素信号)に変換する。デジタル電気信号は、キャプチャー部104に出力される。本実施例において、固体撮像素子102は、光学系ユニット101(撮像光学系)の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部(光電変換部1a)および第2光電変換部(光電変換部1b)を有する。

0026

キャプチャー部104(取得手段)は、第1光電変換部および第2光電変換部からの出力信号のそれぞれに対応する第1信号および第2信号を取得する。またキャプチャー部104は、画素信号の有効期間および種別を判定し、A像およびB像の画素信号(第1信号および第2信号)を焦点検出処理部105およびデジタル信号処理部106に出力する。焦点検出処理部105は、A像とB像との間の像ずれ量を算出する。駆動制御部108は、焦点検出処理部105から出力されたデフォーカス量に基づいて、光学系ユニット101のフォーカスレンズを駆動する。

0027

次に、図3を参照して、本実施例における撮像装置100の焦点検出動作(合焦動作)について説明する。図3は、本実施例における分割PD(画素1a、1b)の画素値を用いて焦点検出動作(合焦動作)を行う場合の概念図であり、図3(a)、(b)、(c)はそれぞれ合焦状態、後ピン状態、および、前ピン状態をそれぞれ示している。

0028

図3において、固体撮像素子102は、図2を参照して説明した複数の単位画素セル200を有し、単位画素セル200をその位置(画素位置)に応じてそれぞれP1〜P13として示している。また、単位画素セル200の光電変換部1a、1bをそれぞれa、bとして示している。このように固体撮像素子102は、1つのマイクロレンズの下に分離配置した光電変換部a、bを備えた単位画素セル200を複数配置している。特許文献1に開示されているように、1つのマイクロレンズの下に配置された光電変換部a、bは、このマイクロレンズを射出瞳として瞳分割された画素である。

0029

焦点検出の際には、光電変換部a、bからのA像用画素出力およびB像用画素出力を、各々、列方向(または行方向)に組み合わせ、同色の単位画素セル群の出力として、A像およびB像を生成し、各々の対応点のずれを相関演算(SAD演算)により求める。相関演算の結果は、以下の式(1)により求められる。

0030

C=Σ|YAn−YBn| … (1)
式(1)において、nは水平方向のマイクロレンズの数(番号)である。YAn、YBnは、それぞれ、n番目のマイクロレンズに対応するA像の輝度信号、B像の輝度信号である。B像の輝度信号YBnに対して対応画素をずらして得られた値をプロットし、ずれ量が最小となる位置が合焦位置である。

0031

図3(a)に示されるように、合焦状態である場合、被写体像は単位画素セルP7の画素a、bに結像する。このため、A像用画素群(画素a)とB像用画素群(画素b)は略一致する。このとき、相関演算で求められるA像用画素群とB像用画素群の像ずれ量d(a)は略0である(|d(a)|≒0)。一方、図6(b)に示されるように、後ピン状態である場合、被写体像は単位画素セルP9の画素a(A像用画素群)、および、単位画素セルP5の画素b(B像用画素群)に結像する。このとき、相関演算で求められるA像用画素群とB像用画素群の像ずれ量d(b)が発生する。また、図6(c)に示されるように、前ピン状態である場合、被写体像は単位画素セルP5の画素a(A像用画素群)、および、単位画素セルP9の画素b(B像用画素群)に結像する。このとき、相関演算で求められるA像用画素群とB像用画素群の像ずれ量として、後ピン状態の場合と逆方向の像ずれ量d(c)が発生する。

0032

すなわち、合焦状態ではA像用画素群およびB像用画素群は同一の被写体を見ているが、後ピン状態および前ピン状態ではA像用画素群およびB像用画素群は像ずれ量dだけずれた被写体を見ているということを意味する。駆動制御部108は、相関演算結果の最小値となる像ずれ量dと基線長とに基づいて周知の技術により算出されたデフォーカス量に基づいて、被写体に対する合焦動作を行うことができる。

0033

次に、図4を参照して、焦点検出処理部105の具体的な構成およびデータフローについて説明する。図4は、焦点検出処理部105のブロック図である。

0034

焦点検出処理部105には、キャプチャー部104により分離されたA像およびB像が入力される。A像およびB像は、正規化係数決定部400および第1フィルタ401に入力される。正規化係数決定部400は、A像およびB像に基づいて、第1フィルタ401により処理された信号の振幅がバスのビット幅に対して適切なレンジを有するように正規化係数(正規化ゲイン)を算出する。算出された正規化係数(正規化ゲイン)は、第1フィルタ401およびゲインコントロール部403に出力される。このようなゲインコントロール技術は、オートゲインコントロールと呼ばれる。

0035

ここで、図5を参照して、正規化係数決定部400の具体的な構成について説明する。図5は、正規化係数決定部400のブロック図である。正規化係数決定部400において、A像およびB像は第2フィルタ500に入力される。第2フィルタ500は、A像およびB像のそれぞれから所定の周波数帯域(第2周波数帯域)の信号を抽出し、ピーク検出部501へ出力する。ピーク検出部501は、所定の周波数帯域が抽出されたA像およびB像のそれぞれの振幅を算出し、比較器502に出力する。比較器502は、算出されたA像のピーク値とB像のピーク値とを比較する。そして比較器502は、A像およびB像のピーク値のうち大きい方のピーク値を選択して、正規化ゲイン算出部504に出力する。

0036

正規化ゲイン算出部504は、第1フィルタ401の出力信号を所定のビット幅に圧縮するための信号上限値xを、比較器502の出力信号yで割ることにより、正規化のゲインgを算出する(g=x/y)。以下、具体的について説明する。第1フィルタ401の出力信号を10bitとし、検出されたピーク値が384である場合、10bitで表現される上限値である1023を384で除算することにより、振幅を拡大する正規化の係数を求める。一方、検出されたピーク値が1280である場合、1023を1280で除算することにより振幅を圧縮し、所定のビット幅に第1フィルタ401の出力信号を収める(制限)ことが可能となる。好ましくは、第1フィルタ401により抽出される周波数帯域(第1周波数帯域)よりも第2フィルタ500により抽出される周波数帯域(第2周波数帯域)を広くする。これにより、確実に第1フィルタ401の出力信号を所定のビット幅に圧縮または拡大することが可能となる。

0037

次に、図7を参照して、正規化係数決定部400における第2フィルタ500の構成について説明する。図7は、第2フィルタ500のブロック図である。なお本実施例では、説明の簡便さのため、5TAPのバンドパスフィルタを適用する場合について説明する。

0038

第2フィルタ500は、遅延素子700、対称タップを加算する加算素子703、タップ係数を乗算する乗算素子701、および、乗算結果を加算する加算素子702を備えて構成される。線形位相特性を一定にするため、一般的に、中央TAPに対して線対称または点対称のフィルタが形成される。このため、加算素子703は、0TAPと4TAPとの加算、および、1TAPと3TAPとの加算をそれぞれ行い、乗算素子701は、TAP係数を乗算する。なお点対称フィルタは、加算素子を減算素子にすることで実現することが可能である。各TAP係数の乗算結果を加算素子702によって加算し、出力することで所定の周波数帯域を抽出することが可能となる。このような回路では、一般的に正規化を行うが、第2フィルタ500は、バンドパスフィルタ結果の振幅を正確に得ることを目的とするため、本実施例では正規化処理を行わない。

0039

なお、概算の振幅に基づいて正規化ゲインを算出するには、A像信号およびB像信号の第2フィルタ500の入力ビット幅をビットシフトによって小さくしてもよい。また、第2フィルタ500から出力される信号を正規化することにより、ピーク検出部501、比較器502、および、正規化ゲイン算出部504の規模を削減することが可能となる。例えば、第2フィルタ500の入出力のいずれかのLSB3bitを削除するようにビットシフトした場合、ビットシフトしなかった際のピーク値は384に対してビットシフトしたピーク値は48となる。第1フィルタ401の出力信号の上限値1023に対しても、3bitシフトした127を48で除算すればよい。

0040

このような処理により、算出される正規化ゲインの精度は低下するが、第1フィルタ401の出力のビット幅を所定のビット幅に抑えることが可能である。この場合、第1フィルタ401の出力部にリミッタ処理を挿入することにより、出力ビット幅を確保したとしてもリミッタによって失われる振幅のレンジは微小なため、焦点検出精度に対する影響は軽微である。算出された正規化係数に基づいて、A像およびB像は第1フィルタ401を通過し、所定の周波数帯域の信号が相関演算部402に出力される。

0041

次に、図6を参照して、焦点検出処理部105における第1フィルタ401の構成について説明する。図6は、第1フィルタ401のブロック図である。図6に示されるように、第1フィルタ401は、第2フィルタ500の遅延素子700、乗算素子701、および、加算素子702、703と同様の遅延素子600、乗算素子601、および、加算素子602、603を備えて構成される。加えて、第1フィルタ401は、正規化ゲインを乗ずる正規化ゲインの乗算素子604を有する。

0042

図4において、焦点検出処理部105の相関演算部402は、A像およびB像のそれぞれに関する第1フィルタ401の出力信号に対して前述のSAD演算により相関演算処理を行い、相関演算結果をゲインコントロール部403に出力する。ゲインコントロール部403は、相関演算部402により算出された相関演算結果に対して、第1フィルタ401で適用した正規化係数の逆数を乗算することにより、相関演算結果を補正し、補正結果相関結果加算部404に出力する。

0043

相関結果加算部404は、焦点検出枠の1行目に関して、加算処理を行わずにRAM405(記憶手段)に出力する。また相関結果加算部404は、焦点検出枠の2行目以降の各行に関して、その行の相関演算結果を、前の行までに加算された相関演算結果と加算することにより相関加算結果を求め、RAM405に出力する。焦点検出処理部105は、予め設定された行数分の相関加算した相関演算結果をRAM405から読み出す。そして焦点検出処理部105は、像ずれ量dに基づいてデフォーカス量を算出し、デフォーカス量を駆動制御部108に出力する。

0044

このように本実施例において、ゲインコントロール部403は、相関演算部402の出力信号(相関演算結果)に対して、正規化係数の逆数を乗算する。これにより、相関加算結果に関する各行の寄与率を均等にすることが可能となる。相関加算結果に関する寄与率を均等にしない場合、低コントラストの行は第1フィルタ401に適用される正規化ゲインが大きいため、相関演算結果の振幅が大きくなる。このような場合、相関演算結果に含まれるノイズが増幅されて相関加算結果が算出されるため、好ましくない。一方、高コントラストの行は第1フィルタ401に適用されるゲインが小さいため、相関演算結果の振幅は圧縮される。この場合、本来であれば信頼性の高い高コントラストの行の寄与率が小さくなるため、適切な相関加算結果を得られなくなる可能性がある。

0045

このように、各行のA像信号およびB像信号に対して正規化係数を求めることにより、焦点検出枠に低コントラストの行と高コントラストの行とが混在する場合でも、低コントラストの行の第1フィルタ401の出力振幅を適切に得ることが可能となる。また、正規化係数決定部400の係数ごとに加算を行うことにより、低コントラストの行と高コントラストの行の相関演算結果を得ることが可能となる。

0046

次に、図9を参照して、相関演算部402の構成について説明する。図9は、相関演算部402のブロック図である。相関演算部402は、遅延バッファ900、SAD回路901、および、出力セレクタ902を備えて構成される。遅延バッファ900の段数遅延段数)、SAD回路901の数、および、出力セレクタ902のソースは、相関演算処理のシフト演算数の数に応じて増減する。図9の相関演算部402は、一例として±2シフトの場合を示しており、遅延バッファ900の段数は5段、SAD回路の数は5つ、出力セレクタ902のソースは5となる。相関演算処理のシフト演算の数は、デフォーカス量の検出範囲広範囲に求めるにつれ増加するため、莫大な回路規模となる。このため、本実施例の正規化係数決定部400を用いることにより、回路規模を削減できる場合がある。

0047

図1において、撮像装置100のデジタル信号処理部106は、ベイヤー配列で入力されたA像信号およびB像信号に対して、分割画素間での加算処理を行うとともに、同時化処理ガンマ処理ノイズリダクション処理などのデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部106は、このようなデジタル信号処理を適用した画像データを、JPEGなどの圧縮画像データに変換する。デジタル信号処理部106からの画像データ(圧縮画像データ)は、外部記録装置107に出力されて記録する。なお、同時化処理、ガンマ処理、ノイズリダクション処理、JPEG圧縮処理などは、本発明とは直接的に関係がないため、それらの詳細な説明については省略する。

0048

本実施例によれば、被写体像(信号)の周波数成分によらずに高精度な焦点検出処理が可能となる。なお本実施例では、A像およびB像に対して共通の正規化ゲインを適用しているが、これに限定されるものではない。A像およびB像のそれぞれに対して個別に正規化ゲインを適用してもよい。正規化ゲインを個別に適用した場合、A像およびB像の分割画素構造に起因するシェーディングの影響を低減することが可能となる。

0049

次に、本発明の実施例2について説明する。実施例1では、相関加算結果に対する各行の相関演算結果の寄与率を一定にするため、ゲインコントロール部403が第1フィルタ401の正規化ゲインに基づいて補正処理を行う構成について説明した。一方、本実施例は、相関演算結果に対してゲインコントロールを行うことなく、各行の相関演算結果の寄与率を均等(略一定)にする構成について説明する。すなわち本実施例は、前の行までの相関加算結果に対してゲインコントロールを行うことにより、各行の相関演算結果の寄与率を略一定にする。本実施例は、焦点検出処理部を除いて実施例1と共通であるため、それらの共通の説明については省略する。

0050

図8を参照して、本実施例における焦点検出処理部105aについて説明する。図8は、焦点検出処理部105aのブロック図である。

0051

RAM405から読み出される前の行までの相関加算結果(第1相関加算データ)は、相関加算結果のゲインを補正するゲイン補正部800に入力される。ゲイン補正部800は、入力された相関加算結果に対して、第1フィルタ401と同様の正規化ゲイン(正規化係数)を乗じ、相関結果加算部404に出力する。相関結果加算部404は、相関結果加算部404からの入力信号(正規化ゲインを乗じた相関加算結果)と、現在の行の相関演算結果とを加算して第2相関加算データを生成し、相関加算結果に対して正規化処理を行う正規化部801に出力する。正規化部801は、第1フィルタ401およびゲイン補正部800にて乗じた正規化係数の2倍の値で除算することにより正規化処理を行い、正規化処理の結果をRAM405に出力する。焦点検出処理部105aは、予め設定された行数分の相関加算した相関演算結果をRAM405から読み出し、像ずれ量dに基づいてデフォーカス量を算出し、デフォーカス量を駆動制御部108に出力する。

0052

本実施例によれば、入力された行の相関演算結果に対して正規化処理を行うことなく、各行の相関演算結果の相関加算結果に対する寄与率を一定にすることが可能となる。

0053

このように各実施例において、制御装置(焦点検出処理部105、105a)は、正規化手段、相関演算手段(相関演算部402)、および、補正手段を有する。好ましくは、正規化手段は、正規化係数決定部400および第1フィルタ401を有する。好ましくは、補正手段は、ゲインコントロール部403、または、ゲイン補正部800および正規化部801を有する。正規化手段は、第1信号(第1光電変換部からの信号に対応する信号)および第2信号のそれぞれ(第2光電変換部からの信号に対応する信号)に関する正規化係数を用いて、第1信号および第2信号の正規化処理を行う。相関演算手段は、正規化された第1信号および第2信号に対して相関演算を行う。補正手段は、相関演算手段からの出力信号に基づく相関データに対して、正規化処理を打ち消すように相関データを補正する。ここで、正規化処理を打ち消すように相関データを補正するとは、第1信号および第2信号の相関演算を行う際に適用された正規化係数(正規化ゲイン)による影響を低減またはキャンセルするように相関データを補正することを意味する。

0054

好ましくは、正規化手段は、正規化処理により第1信号および第2信号の正規化ゲインを制御する。そして補正手段は、正規化ゲインを打ち消すように相関データを補正する。また好ましくは、制御装置は、相関演算手段からの出力信号を加算する相関加算手段(相関結果加算部404)を有する。相関加算手段は、焦点検出枠の範囲内における所定の方向に出力信号を加算して相関加算データを出力する。より好ましくは、所定の方向は、視差方向(例えば列方向)と直交する方向(例えば行方向)である。

0055

好ましくは、相関データは、相関演算手段からの出力信号に相当する。このとき相関加算手段は、補正手段により補正された出力信号を所定の方向に加算して相関加算データを出力する。また好ましくは、相関データは、相関加算手段からの相関加算データに相当する。このとき補正手段は、正規化処理を打ち消すように相関加算データを補正する。より好ましくは、補正手段は、ゲイン補正部800および正規化部801を有する。ゲイン補正部800は、正規化係数を用いて、所定の方向における複数の行に関する出力信号を加算して得られた第1相関加算データ(RAM405からのデータ)を補正する。相関加算手段は、複数の行とは異なる1つの行に関する出力信号と、補正手段により補正された第1相関加算データとを加算して第2相関加算データを生成する。そして正規化部801は、正規化処理を打ち消すように第2相関加算データを補正する。

0056

好ましくは、正規化手段は、第1信号および第2信号に対して第1周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う第1フィルタ401を有する。相関演算手段は、第1フィルタを通過した第1信号および第2信号に対して相関演算を行う。また好ましくは、正規化手段は、第2フィルタ500、ピーク検出部501(検出手段)、および、算出手段(正規化ゲイン算出部504)を有する。第2フィルタ500は、第1周波数帯域を含む第2周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う。検出手段は、第2フィルタを通過した第1信号および第2信号のそれぞれのピーク値を検出する。算出手段は、検出手段から出力された信号に基づいて正規化係数を算出する。より好ましくは、正規化手段は、検出手段により検出された第1信号および第2信号のピーク値を比較し、これらのピーク値のうち大きい方のピーク値に対応する信号を出力する比較手段(比較器502)を有する。算出手段は、比較手段から出力された信号に基づいて正規化係数を算出する。

0057

また、各実施例の制御装置において、補正手段は必須ではない。すなわち各実施例の制御装置は、正規化処理を打ち消すように相関データを補正しない場合もある。このとき制御装置は、正規化手段および相関演算手段を有する。正規化手段は、第1フィルタ、第2フィルタ、検出手段、および、算出手段を有する。相関演算手段は、第1フィルタを通過した第1信号および第2信号に対して相関演算を行う。

0058

(その他の実施例)
本発明は、上述の実施例の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。

0059

各実施例によれば、信号の周波数成分に依存せずに高精度な焦点検出を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。

実施例

0060

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

0061

105焦点検出処理部(制御手段)
400正規化係数決定部(正規化手段)
401 第1フィルタ(正規化手段)
402相関演算部(相関演算手段)
403ゲインコントロール部(補正手段)
800ゲイン補正部(補正手段)
801 正規化部(補正手段)

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