撮像装置
【課題】一部の画素を焦点検出用画素とした撮像素子において、焦点検出用画素の信号のノイズを低減し焦点検出精度を向上させる。
【解決手段】被写体像を結像させる撮影レンズの全瞳領域を通過する光を受光する撮像用画素群と、撮像用画素群の間に離散的に配置され、撮影レンズの一部の瞳領域を通過する光を受光する焦点検出用画素群と、を有する撮像素子と、撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体のエッジの方向を検出する検出部と、検出部により検出されたエッジの方向に基づいて、焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号の位相をずらして加算平均する加算平均部と、加算平均部により加算平均された像信号を用いて撮影レンズのデフォーカス量を算出する演算部とを備える。
【解決手段】被写体像を結像させる撮影レンズの全瞳領域を通過する光を受光する撮像用画素群と、撮像用画素群の間に離散的に配置され、撮影レンズの一部の瞳領域を通過する光を受光する焦点検出用画素群と、を有する撮像素子と、撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体のエッジの方向を検出する検出部と、検出部により検出されたエッジの方向に基づいて、焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号の位相をずらして加算平均する加算平均部と、加算平均部により加算平均された像信号を用いて撮影レンズのデフォーカス量を算出する演算部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に焦点状態を検出可能な撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、固体撮像素子の一部の画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置が知られている。この撮像装置は、固体撮像素子を構成する多数の画素のうち、一部の画素が撮影レンズの焦点状態検出用画素として構成されている。焦点状態検出用画素は撮影レンズの瞳領域のうち、一部の領域を通過した光を受光し、互いに異なる瞳領域を通過した光を受光する画素を対として、複数の画素対により生成される像信号の位相差により撮影レンズの焦点状態を検出する。この構成は、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−００３１２２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、上述の特許文献１に開示された技術では、撮像用画素の一部を焦点検出用の画素としており、通常の画素に比べて受光する光量が少ないためノイズの影響が大きく、焦点検出の精度が悪くなりやすいという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一部の画素を焦点検出用画素とした撮像素子において、焦点検出用画素の信号のノイズを低減し焦点検出精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、被写体像を結像させる撮影レンズの全瞳領域を通過する光を受光する撮像用画素群と、該撮像用画素群の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの一部の瞳領域を通過する光を受光する焦点検出用画素群と、を有する撮像素子と、前記撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体のエッジの方向を検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたエッジの方向に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号の位相をずらして加算平均する加算平均手段と、前記加算平均手段により加算平均された像信号を用いて前記撮影レンズのデフォーカス量を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
一部の画素を焦点検出用画素とした撮像素子において、焦点検出用画素の信号のノイズを低減し焦点検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係わる撮像装置であるところのカメラの構成図。
【図２】一実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子であるイメージセンサの一部平面図。
【図３】図２のイメージセンサの一部平面図に示したＡ−Ａ’面の断面図、及び焦点検出を行う画素の瞳領域での受光分布図。
【図４】焦点検出信号の生成を説明するための図。
【図５】高コントラストな被写体の例を示す図。
【図６】低コントラストな被写体の例を示す図。
【図７】一実施形態における焦点検出フロー図。
【図８】被写体と像信号の関係を示す模式図。
【図９】被写体のエッジの方向が斜めの場合の加算平均結果を示す図。
【図１０】ノイズを含む焦点検出用像信号の加算平均処理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係わる撮像装置であるところのカメラの構成図である。図１において１０はイメージセンサ（固体撮像素子）で、デジタルスチルカメラ１に装着された撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。デジタルスチルカメラ１は、カメラ全体を制御するカメラＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御する制御手段であるところのイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０にて撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４を備えている。また、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３も備えている。またメモリ回路２２は、イメージセンサ１０の受光分布も記憶できるようになっている。
【００１１】
カメラＣＰＵ２０は、撮影レンズ５の焦点状態を算出する焦点検出演算部と、撮影された画像のコントラストを検出するコントラスト検出部と、被写体のエッジを検出するエッジ検出部と、像信号を加算平均する加算平均部と、撮影条件に応じて設定される推定ノイズ量記憶部とを兼ねている。
【００１２】
被写体像を結像させる撮影レンズ５はカメラ本体１に対して着脱可能で、便宜上２枚のレンズ５ａ、５ｂで図示されているが、実際は多数枚のレンズで構成されている。撮影レンズ５は、カメラ本体１のカメラＣＰＵ２０から送られてくる焦点調節情報を電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０にて受信し、その焦点調節情報に基づいて撮影レンズ駆動機構５１によって合焦状態に調節される。また５３は撮影レンズ５の瞳近傍に配設された絞り装置で、絞り駆動機構５２によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。
【００１３】
図２は本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子であるイメージセンサの一部平面図である。図２において、１３１は垂直方向に走査する電極であり、１３２は水平方向に走査する電極である。電極１３１と電極１３２はレイヤー構造になっており、本実施形態では、電極１３２は電極１３１より上の層に形成されている。電極１３１及び１３２で区切られた領域が１画素を示しており、１画素中に書かれた「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青の成分の光を透過する。また、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の文字が書かれた各画素（撮像用画素群）は、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光を受光するように構成されている。
【００１４】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１つの絵素は、「Ｒ」、「Ｂ」画素と２つの「Ｇ」画素の計４画素から構成される。しかし、本実施形態の撮像装置を構成するイメージセンサは「Ｒ」あるいは「Ｂ」であるべき画素の一部に離散的に、撮影レンズ５の一部の瞳領域を受光する焦点検出用画素（焦点検出用画素群）が割り当てられている。図中、ＰＡ１１、ＰＢ１１、ＰＡ２１、ＰＢ２１は撮影レンズ５の焦点状態を検出するための画素で、電極１３１にてｘ方向の開口が制限されている。
【００１５】
図３（ａ）は、図２のイメージセンサ１０の一部平面図に示したＡ−Ａ’面の断面図である。図３（ａ）の右側の画素は、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光を受光可能な標準画素（撮像用画素）を示し、図中左側の画素は、撮影レンズ５の一部の瞳領域からの光束を受光可能な焦点検出用画素を示している。
【００１６】
イメージセンサ１０は、シリコン基板１１０の内部に光電変換部１１１が形成されている。光電変換部１１１で発生した信号電荷は、不図示のフローティングディフュージョン部、第１の電極１３１及び第２の電極１３２（不図示）を介して外部に出力される。光電変換部１１１と電極１３１との間には層間絶縁膜１２１が形成され、電極１３１とその上に形成される不図示の電極１３２との間には層間絶縁膜１２２が形成されている。電極１３２の光入射側には層間絶縁膜１２３が形成され、さらにパッシべーション膜１４０、平坦化層１５０が形成されている。平坦化層１５０の光入射側には、標準画素にはカラーフィルタ層１５１、焦点検出用画素には透明フィルタ層１５４が形成され、さらに光入射側に、平坦化層１５２及びマイクロレンズ１５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ１５３のパワーは、撮影レンズ５の瞳と光電変換部１１１が略共役になるように設定されている。また、イメージセンサ１０の中央に位置する画素ではマイクロレンズ１５３は画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では、撮影レンズ５の光軸側に偏位して配設される。
【００１７】
撮影レンズ５を透過した被写体光はイメージセンサ１０近傍に集光される。さらにイメージセンサ１０の各画素に到達した光は、マイクロレンズ１５３で屈折され光電変換部１１１に集光される。通常の撮像に使う図中右側の標準画素では、入射する光を遮光しないように第１の電極１３１及び第２の電極１３２が配設されている。
【００１８】
一方、図中左側の撮影レンズ５の焦点検出を行う焦点検出用画素では、電極１３１の一部が光電変換部１１１を覆うように構成されている。その結果図中左側の焦点検出用画素では、撮影レンズ５の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。また、電極１３１が入射光束の一部を遮光していることに起因して光電変換部１１１の出力が小さくなることを防ぐために、焦点検出用画素のカラーフィルタ層１５４は光を吸収しない透過率の高い透明な樹脂で形成されている。
【００１９】
図３（ｂ）は、イメージセンサ１０の中央に位置する焦点検出を行う画素の瞳領域での受光分布を示す図である。図中円内の斜線部は撮影レンズの射出瞳を示し、白抜きされた領域Ｓα、領域ＳβはそれぞれＰＡ１１、ＰＢ１１の受光可能な領域を示している。このように、本実施形態のイメージセンサ１０の一部に配設される焦点検出用の画素は、マイクロレンズ１５３の位置と電極１３１の開口中心の相対位置を異ならせることによって、撮影レンズ５を通過した光の受光分布を異ならせるように構成している。
【００２０】
図４は焦点検出用像信号の生成を説明するための図である。イメージセンサ１０の一部であるLine１は測距の対象となる被写体の測距領域を示しており、Line２はLine１に隣接する測距領域を示している。第１の焦点検出用像信号は撮影レンズの一部の瞳領域を受光する第１の画素群（図中ＰＡ１１〜ＰＡ１４）から生成され、同様に第２の焦点検出用像信号は前記第１の画素群とは異なる瞳領域を受光する第２の画素群（図中ＰＢ１１〜ＰＢ１４）から生成される。そして、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号の対をLine１の焦点検出用像信号とする。同様に、第３の焦点検出用像信号は撮影レンズの一部の瞳領域を受光する第１の画素群（図中ＰＡ２１〜ＰＡ２４）から生成され、第４の焦点検出用像信号は前記第１の画素群とは異なる瞳領域を受光する第２の画素群（図中ＰＢ２１〜ＰＢ２４）から生成される。説明を分かりやすくするため、焦点検出用像信号は４画素をもって形成するように説明したが、実際には相関演算に十分足る画素数（例えば１００画素）をもって焦点検出用像信号を生成する。
【００２１】
焦点検出演算手段であるカメラＣＰＵ２０は、上記方法で生成された第１の焦点検出用像信号及び第２の焦点検出用像信号に基づいて周知の相関演算を行うことにより、撮影レンズ５の焦点状態を検出する。さらにカメラＣＰＵ２０は焦点検出結果に基づいて撮影レンズ駆動機構５１に焦点調節情報を送って、撮影レンズ５の焦点調節を行う。
【００２２】
図５および図６を用いて、被写体と焦点検出用像信号について説明する。図６は高コントラストな被写体の例を示す。図５（ａ）に示すような高コントラストなチャートを被写体の例とすると、合焦位置近傍では、焦点検出用像信号は図５（ｂ）に示すような信号となる。図５（ｂ）中、実線は第１の焦点検出用像信号を示し、点線は第２の焦点検出用像信号を示す。６ｂMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、６ｂMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。
【００２３】
一方、デフォーカス時には焦点検出用像信号は図５（ｃ）に示すような信号となる。図５（ｃ）中、実線は第１の焦点検出用像信号を示し、点線は第２の焦点検出用像信号を示す。６ｃMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、６ｃMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。デフォーカス時には、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号は像がボケるため、最大値６ｃMaxは合焦位置近傍時の最大値６ｂMaxよりも小さくなる。また、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号には位相ズレが生じる。焦点状態はこの位相のズレ量から検出するが、位相のズレ量は、周知の相関演算などを用いて、像を左右方向にシフトさせた場合に、もっとも相関度が高いシフト量から求めている。図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように像にノイズが含まれると、相関度を求めるときに誤差が生じてしまう。しかし、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すような高コントラストの被写体の場合、ノイズに比べて像信号全体のコントラスト（６ｂMax−６ｂMinや６ｃMax−６ｃMin）が十分大きい。そのため、相関度算出時のノイズの影響は小さく、実用上十分に位相のズレ量を検出することができる。
【００２４】
図６は低コントラストな被写体の例を示す。図６（ａ）に示すような低コントラストなチャートを被写体の例とすると、合焦位置近傍では、焦点検出用像信号は図６（ｂ）に示すような信号となる。図６（ｂ）中、実線は第１の焦点検出用像信号を示し、点線は第２の焦点検出用像信号を示す。７ｂMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、７ｂMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。図６で示した被写体と図５で示した被写体を比較したとき、像全体のコントラストは、（６ｂMax−６ｂMin）＞（７ｂMax−７ｂMin）という関係になる。ただし、合焦位置近傍においては、図６で示した低コントラストな被写体の像信号全体のコントラスト（７ｂMax−７ｂMin）はノイズに比べて比較的大きいため、相関度算出時のノイズの影響は小さく、実用上十分に位相のズレ量を検出することができる。一方、デフォーカス時には焦点検出用像信号は図６（ｃ）に示すような信号となる。７ｃMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、７ｃMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。図５で説明した高コントラストの被写体の場合と同様に、デフォーカス時には、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号はボケることで像信号の最大値７ｃMaxは合焦位置近傍の時の最大値７ｂMaxよりも小さくなる。よって、像信号全体のコントラスト（７ｃMax−７ｃMin）は合焦位置近傍でのコントラスト（７ｂMax−７ｂMin）よりもさらに低下する。したがって、ノイズの影響が大きくなり、位相ズレの算出に誤差が生じてしまう。
【００２５】
ＣＭＯＳイメージセンサの画素信号に重畳されるノイズは、２種類に大別できる。１つは、時間的および空間的に（すなわち二次元の出力画面内で）ランダムに発生するランダムノイズである。また、もう１つは、出力画面の同じところに縦縞、横縞または画面ムラなどの固定パターンとして発生する固定パターンノイズである。ランダムノイズは、画面全体にスリガラスを通したときのようなムラ状のノイズとして現れ、主に、光ショットノイズや熱雑音など、画素のダイオード内や増幅箇所、その他の増幅箇所などで生じ、環境温度などで容易に変化する。一方、固定パターンノイズは、画素のＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の違い、その他の回路（たとえば、垂直信号線ごとに設けたＣＤＳ回路のキャパシタ）あるいは配線などで、電気特性上のアンバランスに起因して生じるものが多い。
【００２６】
上記２種類のノイズのうち、固定パターンノイズはパターンが固定であるため、補正量をあらかじめ記憶しておくことによって、ノイズを低減することができる。一方、ランダムノイズはランダムに発生するために、あらかじめ補正量を記憶しておくことができない。よって、ランダムノイズを低減させるためには、信号を加算平均してノイズの影響を低減することが有効である。よって、本実施形態では、固定パターンノイズを低減させるために、あらかじめ記憶しておいたノイズパターンを元に補正を行い、ランダムノイズを低減させるために、焦点検出用像信号を加算平均して影響を軽減する。なお、本実施形態はランダムノイズを低減することを主目的とするため、本実施形態における説明では、全て固定パターンノイズ除去後の像信号の処理について説明する。
【００２７】
図７は、本実施形態におけるデフォーカス量算出フロー図を示している。カメラ本体１のレリーズスイッチが押されイメージセンサ１０での露光動作が開始されると、イメージセンサ１０の各画素の光電変換部１１１に撮影レンズ５を透過した光束が入射する。そして、光束量に応じて光電変換部１１１で電気信号に変化され、焦点検出のフローが開始される。
【００２８】
ステップＳ１では、焦点検出用像信号を取得する。図４を用いて説明したようにして、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号を取得する。焦点検出用像信号の取得が完了すると、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、ステップＳ１で取得された焦点検出用像信号に基づき、相関演算が行われ、デフォーカス量が算出される。
【００２９】
ステップＳ３では、ステップＳ２で算出されたデフォーカス量があらかじめ設定された閾値と比較される。デフォーカス量の絶対値が閾値以下である場合には、以下のステップで処理する焦点検出用像信号の加算平均処理は不要であるため、本フローを終了し、ステップＳ２で算出した値をデフォーカス量として出力する。デフォーカス量の絶対値が閾値より大きい場合には、ステップＳ４へと進む。ステップＳ４では、カメラＣＰＵ２０により、被写体の像信号のコントラスト評価値が算出される。コントラスト評価値算出が完了すると、ステップＳ５へと進む。
【００３０】
ステップＳ５では、ステップＳ４で算出されたコントラスト評価値と、カメラＣＰＵ２０により読み出される推定ノイズ量との比に対して、あらかじめ設定された閾値が比較される。ここで読み出される推定ノイズ量は、露光時間を長く設定したとき、及びＩＳＯ感度（撮影感度）を高く設定したときにノイズが大きくなることを考慮して、露光時間とＩＳＯ感度の組み合わせに基づいて設定されている。コントラスト評価値を推定ノイズ量で割った値が閾値以上の場合には、以下のステップで処理する焦点検出用像信号の加算平均処理は不要であるため、本フローを終了し、ステップＳ２で算出した値をデフォーカス量として出力する。コントラスト評価値を推定ノイズ量で割った値が閾値未満の場合には、ステップＳ６へと進む。
【００３１】
ステップＳ６では、像信号に基づいてカメラＣＰＵ２０が被写体のエッジ方向を検出する。エッジ方向の検出は次のステップＳ７での像信号の加算方向を決定するためのものである。
【００３２】
図８を用いてエッジ方向の検出方法を説明する。図８は被写体と焦点検出用像信号の関係を示す模式図であり、図８（ａ）、図８（ｂ）は被写体を、図８（ｃ）、図８（ｄ）はそれぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）の被写体に対応した焦点検出用像信号を示している。説明を分かりやすくするため、被写体には単純なバーチャートを用い、焦点検出用像信号は相関演算で用いられる像信号の片像（図４における第１の焦点検出用像信号と第３の焦点検出用像信号）のみを用いて説明する。図８（ａ）は縦方向にエッジの方向があるバーチャートを示しており、図８（ｂ）は右下がり方向にエッジの方向があるバーチャートを示している。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すLine１およびLine２は図４で示した焦点検出用画素が並ぶ列を示している。また、Ｘ１とＸ２はLine１における輝度が変わる座標（つまりエッジの座標）を、Ｘ３とＸ４はLine２における輝度が変わる座標（つまりエッジの座標）をそれぞれ示している。
【００３３】
図８（ｃ）は図８（ａ）の縦方向のバーチャートを撮像したとき取得される焦点検出用像信号を示し、上に示す信号はLine１から取得される焦点検出用像信号、下に示す信号はLine２から取得される焦点検出用像信号を示している。図８（ｄ）は図８（ｂ）の右下がり方向のバーチャートを撮像したときの焦点検出用像信号を示し、上に示す信号はLine１から取得される焦点検出用像信号、下に示す信号はLine２から取得される焦点検出用像信号を示している。図８（ｃ）に示すように、被写体のエッジの方向が縦方向の場合、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号は同じ位相である（つまり、座標Ｘ１＝座標Ｘ３、座標Ｘ２＝座標Ｘ４となる）。一方、図８（ｄ）に示すように、被写体のエッジの方向が斜めの場合、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号は位相がずれる。この位相のズレ量（座標Ｘ３と座標Ｘ１の差分）の算出が完了（つまり、エッジ検出完了）すると、ステップＳ７へと進む。
【００３４】
ステップＳ７では、エッジ検出結果に基づいて、加算平均する焦点検出用像信号の位相を調整し、像信号加算平均処理が行われる。被写体のエッジの方向が縦方向の場合には、図８で説明したようにLine１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号は同位相であるため、位相をずらさず加算平均することによって、ノイズを低減した焦点検出用像信号を得ることができる。一方、被写体のエッジの方向が斜めの場合には、図８で説明したようにLine１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号の位相がずれている。図９は被写体のエッジの方向が斜めの場合の加算平均結果を示す図である。
【００３５】
図９（ａ）は位相をずらさず加算平均したときを示しており、上からLine１の焦点検出用像信号、Line２の焦点検出用像信号、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号を位相をずらさず加算平均した焦点検出用像信号を示している。図９（ａ）に示すように、エッジの方向が斜めの場合、位相がずれた座標においては、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号で輝度が異なるため、像がボケてしまう。図９（ｂ）は位相をずらして加算平均したときを示しており、上からLine１の焦点検出用像信号、Line２の焦点検出用像信号、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号を位相をずらして加算平均した焦点検出用像信号を示している。Line２の焦点検出用像信号を示す図９（ｂ）中の灰色の実線は位相をずらす前の像信号を示しており、黒色の実線は位相をずらした後の像信号を示している。位相をずらす量ΔｘはステップＳ６で算出されたエッジ方向検出結果に基づき算出される。位相をずらして加算平均することによって、エッジをぼかさずにノイズを除去した焦点検出用像信号を得ることができる。
【００３６】
図１０はノイズを含む焦点検出用像信号の加算平均処理を説明するための図である。説明を分かりやすくするために焦点検出用像信号は相関演算で用いられる像信号の片像のみを示している。図１０（ａ）はLine１の焦点検出用像信号、図１０（ｂ）はLine２の焦点検出用像信号であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の像信号と図１０（ｂ）の像信号の加算平均処理後の焦点検出用像信号である。図１０に示すように、明らかに加算平均した焦点検出用像信号は加算平均前の焦点検出用像信号に比べてノイズが小さくなっていることがわかる。
【００３７】
像信号加算平均処理が完了すると、ステップＳ８へと進む。ステップＳ８では、ステップＳ７で加算平均された後の焦点検出用像信号に基づき、周知の相関演算が行われ、デフォーカス量が算出される。加算平均後の焦点検出用像信号はエッジがボケていないので、信頼性の高い相関演算が可能となる。デフォーカス量算出が完了すると、本フローは終了する。
【００３８】
以上のような構成によれば、ノイズを低減し焦点検出精度を向上することを可能にした撮像装置を提供することができる。
【００３９】
なお、ノイズを低減する方法として、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号のそれぞれについて相関演算を行い、デフォーカス量を算出した後に、それぞれ算出されたデフォーカス量を平均してノイズを除去する方法も考えられる。しかし、Line１とLine２の焦点検出用像信号それぞれについて相関演算すると、被写体のコントラストに対してノイズの量が多い場合には、測距不能となってしまう場合が多くなる。一方、相関演算前に焦点検出用像信号を加算平均すれば、測距不能となりにくいという効果がある。よって、相関演算前に焦点検出用像信号のノイズを低減することによって、検出限界を向上させることが可能となる。
【００４０】
本実施形態では、被写体のコントラストと推定ノイズ量の比に応じて像信号の加算平均処理を行うかどうかを判断したが、常に像信号の加算平均処理を行っても良い。また、本実施形態では、デフォーカス量に応じて像信号の加算平均処理を行うかどうかを判断したが、デフォーカス量によらず像信号の加算平均処理を行っても良い。
【００４１】
さらに、本実施形態で説明したエッジ方向の検出方法以外の方法（例えば、像信号の輝度レベルの変化量の２乗の総和を評価量とし、読み出す像信号の角度を変えてその評価量の変化からエッジ方向を検出するなど）によってエッジ方向を検出しても構わない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に焦点状態を検出可能な撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、固体撮像素子の一部の画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置が知られている。この撮像装置は、固体撮像素子を構成する多数の画素のうち、一部の画素が撮影レンズの焦点状態検出用画素として構成されている。焦点状態検出用画素は撮影レンズの瞳領域のうち、一部の領域を通過した光を受光し、互いに異なる瞳領域を通過した光を受光する画素を対として、複数の画素対により生成される像信号の位相差により撮影レンズの焦点状態を検出する。この構成は、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−００３１２２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、上述の特許文献１に開示された技術では、撮像用画素の一部を焦点検出用の画素としており、通常の画素に比べて受光する光量が少ないためノイズの影響が大きく、焦点検出の精度が悪くなりやすいという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一部の画素を焦点検出用画素とした撮像素子において、焦点検出用画素の信号のノイズを低減し焦点検出精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、被写体像を結像させる撮影レンズの全瞳領域を通過する光を受光する撮像用画素群と、該撮像用画素群の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの一部の瞳領域を通過する光を受光する焦点検出用画素群と、を有する撮像素子と、前記撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体のエッジの方向を検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたエッジの方向に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号の位相をずらして加算平均する加算平均手段と、前記加算平均手段により加算平均された像信号を用いて前記撮影レンズのデフォーカス量を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
一部の画素を焦点検出用画素とした撮像素子において、焦点検出用画素の信号のノイズを低減し焦点検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係わる撮像装置であるところのカメラの構成図。
【図２】一実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子であるイメージセンサの一部平面図。
【図３】図２のイメージセンサの一部平面図に示したＡ−Ａ’面の断面図、及び焦点検出を行う画素の瞳領域での受光分布図。
【図４】焦点検出信号の生成を説明するための図。
【図５】高コントラストな被写体の例を示す図。
【図６】低コントラストな被写体の例を示す図。
【図７】一実施形態における焦点検出フロー図。
【図８】被写体と像信号の関係を示す模式図。
【図９】被写体のエッジの方向が斜めの場合の加算平均結果を示す図。
【図１０】ノイズを含む焦点検出用像信号の加算平均処理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係わる撮像装置であるところのカメラの構成図である。図１において１０はイメージセンサ（固体撮像素子）で、デジタルスチルカメラ１に装着された撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。デジタルスチルカメラ１は、カメラ全体を制御するカメラＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御する制御手段であるところのイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０にて撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４を備えている。また、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３も備えている。またメモリ回路２２は、イメージセンサ１０の受光分布も記憶できるようになっている。
【００１１】
カメラＣＰＵ２０は、撮影レンズ５の焦点状態を算出する焦点検出演算部と、撮影された画像のコントラストを検出するコントラスト検出部と、被写体のエッジを検出するエッジ検出部と、像信号を加算平均する加算平均部と、撮影条件に応じて設定される推定ノイズ量記憶部とを兼ねている。
【００１２】
被写体像を結像させる撮影レンズ５はカメラ本体１に対して着脱可能で、便宜上２枚のレンズ５ａ、５ｂで図示されているが、実際は多数枚のレンズで構成されている。撮影レンズ５は、カメラ本体１のカメラＣＰＵ２０から送られてくる焦点調節情報を電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０にて受信し、その焦点調節情報に基づいて撮影レンズ駆動機構５１によって合焦状態に調節される。また５３は撮影レンズ５の瞳近傍に配設された絞り装置で、絞り駆動機構５２によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。
【００１３】
図２は本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子であるイメージセンサの一部平面図である。図２において、１３１は垂直方向に走査する電極であり、１３２は水平方向に走査する電極である。電極１３１と電極１３２はレイヤー構造になっており、本実施形態では、電極１３２は電極１３１より上の層に形成されている。電極１３１及び１３２で区切られた領域が１画素を示しており、１画素中に書かれた「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青の成分の光を透過する。また、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の文字が書かれた各画素（撮像用画素群）は、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光を受光するように構成されている。
【００１４】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１つの絵素は、「Ｒ」、「Ｂ」画素と２つの「Ｇ」画素の計４画素から構成される。しかし、本実施形態の撮像装置を構成するイメージセンサは「Ｒ」あるいは「Ｂ」であるべき画素の一部に離散的に、撮影レンズ５の一部の瞳領域を受光する焦点検出用画素（焦点検出用画素群）が割り当てられている。図中、ＰＡ１１、ＰＢ１１、ＰＡ２１、ＰＢ２１は撮影レンズ５の焦点状態を検出するための画素で、電極１３１にてｘ方向の開口が制限されている。
【００１５】
図３（ａ）は、図２のイメージセンサ１０の一部平面図に示したＡ−Ａ’面の断面図である。図３（ａ）の右側の画素は、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光を受光可能な標準画素（撮像用画素）を示し、図中左側の画素は、撮影レンズ５の一部の瞳領域からの光束を受光可能な焦点検出用画素を示している。
【００１６】
イメージセンサ１０は、シリコン基板１１０の内部に光電変換部１１１が形成されている。光電変換部１１１で発生した信号電荷は、不図示のフローティングディフュージョン部、第１の電極１３１及び第２の電極１３２（不図示）を介して外部に出力される。光電変換部１１１と電極１３１との間には層間絶縁膜１２１が形成され、電極１３１とその上に形成される不図示の電極１３２との間には層間絶縁膜１２２が形成されている。電極１３２の光入射側には層間絶縁膜１２３が形成され、さらにパッシべーション膜１４０、平坦化層１５０が形成されている。平坦化層１５０の光入射側には、標準画素にはカラーフィルタ層１５１、焦点検出用画素には透明フィルタ層１５４が形成され、さらに光入射側に、平坦化層１５２及びマイクロレンズ１５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ１５３のパワーは、撮影レンズ５の瞳と光電変換部１１１が略共役になるように設定されている。また、イメージセンサ１０の中央に位置する画素ではマイクロレンズ１５３は画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では、撮影レンズ５の光軸側に偏位して配設される。
【００１７】
撮影レンズ５を透過した被写体光はイメージセンサ１０近傍に集光される。さらにイメージセンサ１０の各画素に到達した光は、マイクロレンズ１５３で屈折され光電変換部１１１に集光される。通常の撮像に使う図中右側の標準画素では、入射する光を遮光しないように第１の電極１３１及び第２の電極１３２が配設されている。
【００１８】
一方、図中左側の撮影レンズ５の焦点検出を行う焦点検出用画素では、電極１３１の一部が光電変換部１１１を覆うように構成されている。その結果図中左側の焦点検出用画素では、撮影レンズ５の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。また、電極１３１が入射光束の一部を遮光していることに起因して光電変換部１１１の出力が小さくなることを防ぐために、焦点検出用画素のカラーフィルタ層１５４は光を吸収しない透過率の高い透明な樹脂で形成されている。
【００１９】
図３（ｂ）は、イメージセンサ１０の中央に位置する焦点検出を行う画素の瞳領域での受光分布を示す図である。図中円内の斜線部は撮影レンズの射出瞳を示し、白抜きされた領域Ｓα、領域ＳβはそれぞれＰＡ１１、ＰＢ１１の受光可能な領域を示している。このように、本実施形態のイメージセンサ１０の一部に配設される焦点検出用の画素は、マイクロレンズ１５３の位置と電極１３１の開口中心の相対位置を異ならせることによって、撮影レンズ５を通過した光の受光分布を異ならせるように構成している。
【００２０】
図４は焦点検出用像信号の生成を説明するための図である。イメージセンサ１０の一部であるLine１は測距の対象となる被写体の測距領域を示しており、Line２はLine１に隣接する測距領域を示している。第１の焦点検出用像信号は撮影レンズの一部の瞳領域を受光する第１の画素群（図中ＰＡ１１〜ＰＡ１４）から生成され、同様に第２の焦点検出用像信号は前記第１の画素群とは異なる瞳領域を受光する第２の画素群（図中ＰＢ１１〜ＰＢ１４）から生成される。そして、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号の対をLine１の焦点検出用像信号とする。同様に、第３の焦点検出用像信号は撮影レンズの一部の瞳領域を受光する第１の画素群（図中ＰＡ２１〜ＰＡ２４）から生成され、第４の焦点検出用像信号は前記第１の画素群とは異なる瞳領域を受光する第２の画素群（図中ＰＢ２１〜ＰＢ２４）から生成される。説明を分かりやすくするため、焦点検出用像信号は４画素をもって形成するように説明したが、実際には相関演算に十分足る画素数（例えば１００画素）をもって焦点検出用像信号を生成する。
【００２１】
焦点検出演算手段であるカメラＣＰＵ２０は、上記方法で生成された第１の焦点検出用像信号及び第２の焦点検出用像信号に基づいて周知の相関演算を行うことにより、撮影レンズ５の焦点状態を検出する。さらにカメラＣＰＵ２０は焦点検出結果に基づいて撮影レンズ駆動機構５１に焦点調節情報を送って、撮影レンズ５の焦点調節を行う。
【００２２】
図５および図６を用いて、被写体と焦点検出用像信号について説明する。図６は高コントラストな被写体の例を示す。図５（ａ）に示すような高コントラストなチャートを被写体の例とすると、合焦位置近傍では、焦点検出用像信号は図５（ｂ）に示すような信号となる。図５（ｂ）中、実線は第１の焦点検出用像信号を示し、点線は第２の焦点検出用像信号を示す。６ｂMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、６ｂMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。
【００２３】
一方、デフォーカス時には焦点検出用像信号は図５（ｃ）に示すような信号となる。図５（ｃ）中、実線は第１の焦点検出用像信号を示し、点線は第２の焦点検出用像信号を示す。６ｃMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、６ｃMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。デフォーカス時には、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号は像がボケるため、最大値６ｃMaxは合焦位置近傍時の最大値６ｂMaxよりも小さくなる。また、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号には位相ズレが生じる。焦点状態はこの位相のズレ量から検出するが、位相のズレ量は、周知の相関演算などを用いて、像を左右方向にシフトさせた場合に、もっとも相関度が高いシフト量から求めている。図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように像にノイズが含まれると、相関度を求めるときに誤差が生じてしまう。しかし、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すような高コントラストの被写体の場合、ノイズに比べて像信号全体のコントラスト（６ｂMax−６ｂMinや６ｃMax−６ｃMin）が十分大きい。そのため、相関度算出時のノイズの影響は小さく、実用上十分に位相のズレ量を検出することができる。
【００２４】
図６は低コントラストな被写体の例を示す。図６（ａ）に示すような低コントラストなチャートを被写体の例とすると、合焦位置近傍では、焦点検出用像信号は図６（ｂ）に示すような信号となる。図６（ｂ）中、実線は第１の焦点検出用像信号を示し、点線は第２の焦点検出用像信号を示す。７ｂMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、７ｂMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。図６で示した被写体と図５で示した被写体を比較したとき、像全体のコントラストは、（６ｂMax−６ｂMin）＞（７ｂMax−７ｂMin）という関係になる。ただし、合焦位置近傍においては、図６で示した低コントラストな被写体の像信号全体のコントラスト（７ｂMax−７ｂMin）はノイズに比べて比較的大きいため、相関度算出時のノイズの影響は小さく、実用上十分に位相のズレ量を検出することができる。一方、デフォーカス時には焦点検出用像信号は図６（ｃ）に示すような信号となる。７ｃMaxは焦点検出用像信号の最大値を示し、７ｃMinは焦点検出用像信号の最小値を示す。図５で説明した高コントラストの被写体の場合と同様に、デフォーカス時には、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号はボケることで像信号の最大値７ｃMaxは合焦位置近傍の時の最大値７ｂMaxよりも小さくなる。よって、像信号全体のコントラスト（７ｃMax−７ｃMin）は合焦位置近傍でのコントラスト（７ｂMax−７ｂMin）よりもさらに低下する。したがって、ノイズの影響が大きくなり、位相ズレの算出に誤差が生じてしまう。
【００２５】
ＣＭＯＳイメージセンサの画素信号に重畳されるノイズは、２種類に大別できる。１つは、時間的および空間的に（すなわち二次元の出力画面内で）ランダムに発生するランダムノイズである。また、もう１つは、出力画面の同じところに縦縞、横縞または画面ムラなどの固定パターンとして発生する固定パターンノイズである。ランダムノイズは、画面全体にスリガラスを通したときのようなムラ状のノイズとして現れ、主に、光ショットノイズや熱雑音など、画素のダイオード内や増幅箇所、その他の増幅箇所などで生じ、環境温度などで容易に変化する。一方、固定パターンノイズは、画素のＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の違い、その他の回路（たとえば、垂直信号線ごとに設けたＣＤＳ回路のキャパシタ）あるいは配線などで、電気特性上のアンバランスに起因して生じるものが多い。
【００２６】
上記２種類のノイズのうち、固定パターンノイズはパターンが固定であるため、補正量をあらかじめ記憶しておくことによって、ノイズを低減することができる。一方、ランダムノイズはランダムに発生するために、あらかじめ補正量を記憶しておくことができない。よって、ランダムノイズを低減させるためには、信号を加算平均してノイズの影響を低減することが有効である。よって、本実施形態では、固定パターンノイズを低減させるために、あらかじめ記憶しておいたノイズパターンを元に補正を行い、ランダムノイズを低減させるために、焦点検出用像信号を加算平均して影響を軽減する。なお、本実施形態はランダムノイズを低減することを主目的とするため、本実施形態における説明では、全て固定パターンノイズ除去後の像信号の処理について説明する。
【００２７】
図７は、本実施形態におけるデフォーカス量算出フロー図を示している。カメラ本体１のレリーズスイッチが押されイメージセンサ１０での露光動作が開始されると、イメージセンサ１０の各画素の光電変換部１１１に撮影レンズ５を透過した光束が入射する。そして、光束量に応じて光電変換部１１１で電気信号に変化され、焦点検出のフローが開始される。
【００２８】
ステップＳ１では、焦点検出用像信号を取得する。図４を用いて説明したようにして、第１の焦点検出用像信号と第２の焦点検出用像信号を取得する。焦点検出用像信号の取得が完了すると、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、ステップＳ１で取得された焦点検出用像信号に基づき、相関演算が行われ、デフォーカス量が算出される。
【００２９】
ステップＳ３では、ステップＳ２で算出されたデフォーカス量があらかじめ設定された閾値と比較される。デフォーカス量の絶対値が閾値以下である場合には、以下のステップで処理する焦点検出用像信号の加算平均処理は不要であるため、本フローを終了し、ステップＳ２で算出した値をデフォーカス量として出力する。デフォーカス量の絶対値が閾値より大きい場合には、ステップＳ４へと進む。ステップＳ４では、カメラＣＰＵ２０により、被写体の像信号のコントラスト評価値が算出される。コントラスト評価値算出が完了すると、ステップＳ５へと進む。
【００３０】
ステップＳ５では、ステップＳ４で算出されたコントラスト評価値と、カメラＣＰＵ２０により読み出される推定ノイズ量との比に対して、あらかじめ設定された閾値が比較される。ここで読み出される推定ノイズ量は、露光時間を長く設定したとき、及びＩＳＯ感度（撮影感度）を高く設定したときにノイズが大きくなることを考慮して、露光時間とＩＳＯ感度の組み合わせに基づいて設定されている。コントラスト評価値を推定ノイズ量で割った値が閾値以上の場合には、以下のステップで処理する焦点検出用像信号の加算平均処理は不要であるため、本フローを終了し、ステップＳ２で算出した値をデフォーカス量として出力する。コントラスト評価値を推定ノイズ量で割った値が閾値未満の場合には、ステップＳ６へと進む。
【００３１】
ステップＳ６では、像信号に基づいてカメラＣＰＵ２０が被写体のエッジ方向を検出する。エッジ方向の検出は次のステップＳ７での像信号の加算方向を決定するためのものである。
【００３２】
図８を用いてエッジ方向の検出方法を説明する。図８は被写体と焦点検出用像信号の関係を示す模式図であり、図８（ａ）、図８（ｂ）は被写体を、図８（ｃ）、図８（ｄ）はそれぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）の被写体に対応した焦点検出用像信号を示している。説明を分かりやすくするため、被写体には単純なバーチャートを用い、焦点検出用像信号は相関演算で用いられる像信号の片像（図４における第１の焦点検出用像信号と第３の焦点検出用像信号）のみを用いて説明する。図８（ａ）は縦方向にエッジの方向があるバーチャートを示しており、図８（ｂ）は右下がり方向にエッジの方向があるバーチャートを示している。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すLine１およびLine２は図４で示した焦点検出用画素が並ぶ列を示している。また、Ｘ１とＸ２はLine１における輝度が変わる座標（つまりエッジの座標）を、Ｘ３とＸ４はLine２における輝度が変わる座標（つまりエッジの座標）をそれぞれ示している。
【００３３】
図８（ｃ）は図８（ａ）の縦方向のバーチャートを撮像したとき取得される焦点検出用像信号を示し、上に示す信号はLine１から取得される焦点検出用像信号、下に示す信号はLine２から取得される焦点検出用像信号を示している。図８（ｄ）は図８（ｂ）の右下がり方向のバーチャートを撮像したときの焦点検出用像信号を示し、上に示す信号はLine１から取得される焦点検出用像信号、下に示す信号はLine２から取得される焦点検出用像信号を示している。図８（ｃ）に示すように、被写体のエッジの方向が縦方向の場合、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号は同じ位相である（つまり、座標Ｘ１＝座標Ｘ３、座標Ｘ２＝座標Ｘ４となる）。一方、図８（ｄ）に示すように、被写体のエッジの方向が斜めの場合、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号は位相がずれる。この位相のズレ量（座標Ｘ３と座標Ｘ１の差分）の算出が完了（つまり、エッジ検出完了）すると、ステップＳ７へと進む。
【００３４】
ステップＳ７では、エッジ検出結果に基づいて、加算平均する焦点検出用像信号の位相を調整し、像信号加算平均処理が行われる。被写体のエッジの方向が縦方向の場合には、図８で説明したようにLine１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号は同位相であるため、位相をずらさず加算平均することによって、ノイズを低減した焦点検出用像信号を得ることができる。一方、被写体のエッジの方向が斜めの場合には、図８で説明したようにLine１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号の位相がずれている。図９は被写体のエッジの方向が斜めの場合の加算平均結果を示す図である。
【００３５】
図９（ａ）は位相をずらさず加算平均したときを示しており、上からLine１の焦点検出用像信号、Line２の焦点検出用像信号、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号を位相をずらさず加算平均した焦点検出用像信号を示している。図９（ａ）に示すように、エッジの方向が斜めの場合、位相がずれた座標においては、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号で輝度が異なるため、像がボケてしまう。図９（ｂ）は位相をずらして加算平均したときを示しており、上からLine１の焦点検出用像信号、Line２の焦点検出用像信号、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号を位相をずらして加算平均した焦点検出用像信号を示している。Line２の焦点検出用像信号を示す図９（ｂ）中の灰色の実線は位相をずらす前の像信号を示しており、黒色の実線は位相をずらした後の像信号を示している。位相をずらす量ΔｘはステップＳ６で算出されたエッジ方向検出結果に基づき算出される。位相をずらして加算平均することによって、エッジをぼかさずにノイズを除去した焦点検出用像信号を得ることができる。
【００３６】
図１０はノイズを含む焦点検出用像信号の加算平均処理を説明するための図である。説明を分かりやすくするために焦点検出用像信号は相関演算で用いられる像信号の片像のみを示している。図１０（ａ）はLine１の焦点検出用像信号、図１０（ｂ）はLine２の焦点検出用像信号であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の像信号と図１０（ｂ）の像信号の加算平均処理後の焦点検出用像信号である。図１０に示すように、明らかに加算平均した焦点検出用像信号は加算平均前の焦点検出用像信号に比べてノイズが小さくなっていることがわかる。
【００３７】
像信号加算平均処理が完了すると、ステップＳ８へと進む。ステップＳ８では、ステップＳ７で加算平均された後の焦点検出用像信号に基づき、周知の相関演算が行われ、デフォーカス量が算出される。加算平均後の焦点検出用像信号はエッジがボケていないので、信頼性の高い相関演算が可能となる。デフォーカス量算出が完了すると、本フローは終了する。
【００３８】
以上のような構成によれば、ノイズを低減し焦点検出精度を向上することを可能にした撮像装置を提供することができる。
【００３９】
なお、ノイズを低減する方法として、Line１の焦点検出用像信号とLine２の焦点検出用像信号のそれぞれについて相関演算を行い、デフォーカス量を算出した後に、それぞれ算出されたデフォーカス量を平均してノイズを除去する方法も考えられる。しかし、Line１とLine２の焦点検出用像信号それぞれについて相関演算すると、被写体のコントラストに対してノイズの量が多い場合には、測距不能となってしまう場合が多くなる。一方、相関演算前に焦点検出用像信号を加算平均すれば、測距不能となりにくいという効果がある。よって、相関演算前に焦点検出用像信号のノイズを低減することによって、検出限界を向上させることが可能となる。
【００４０】
本実施形態では、被写体のコントラストと推定ノイズ量の比に応じて像信号の加算平均処理を行うかどうかを判断したが、常に像信号の加算平均処理を行っても良い。また、本実施形態では、デフォーカス量に応じて像信号の加算平均処理を行うかどうかを判断したが、デフォーカス量によらず像信号の加算平均処理を行っても良い。
【００４１】
さらに、本実施形態で説明したエッジ方向の検出方法以外の方法（例えば、像信号の輝度レベルの変化量の２乗の総和を評価量とし、読み出す像信号の角度を変えてその評価量の変化からエッジ方向を検出するなど）によってエッジ方向を検出しても構わない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を結像させる撮影レンズの全瞳領域を通過する光を受光する撮像用画素群と、該撮像用画素群の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの一部の瞳領域を通過する光を受光する焦点検出用画素群と、を有する撮像素子と、
前記撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体のエッジの方向を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出されたエッジの方向に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号の位相をずらして加算平均する加算平均手段と、
前記加算平均手段により加算平均された像信号を用いて前記撮影レンズのデフォーカス量を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体像のコントラストを検出するコントラスト検出手段と、少なくとも前記撮像装置の露光時間及び撮影感度に基づいて、前記焦点検出用画素群で発生するノイズ量を推定する推定手段とをさらに備え、
前記加算平均手段は、前記コントラスト検出手段により検出されたコントラストの値と前記推定手段により推定されたノイズ量の比に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号を加算平均するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記加算平均手段は、前記演算手段により算出されたデフォーカス量に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号を加算平均するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１】
被写体像を結像させる撮影レンズの全瞳領域を通過する光を受光する撮像用画素群と、該撮像用画素群の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの一部の瞳領域を通過する光を受光する焦点検出用画素群と、を有する撮像素子と、
前記撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体のエッジの方向を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出されたエッジの方向に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号の位相をずらして加算平均する加算平均手段と、
前記加算平均手段により加算平均された像信号を用いて前記撮影レンズのデフォーカス量を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子から得られる像信号に基づいて被写体像のコントラストを検出するコントラスト検出手段と、少なくとも前記撮像装置の露光時間及び撮影感度に基づいて、前記焦点検出用画素群で発生するノイズ量を推定する推定手段とをさらに備え、
前記加算平均手段は、前記コントラスト検出手段により検出されたコントラストの値と前記推定手段により推定されたノイズ量の比に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号を加算平均するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記加算平均手段は、前記演算手段により算出されたデフォーカス量に基づいて、前記焦点検出用画素群のそれぞれの画素から得られる像信号を加算平均するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４５５５９（Ｐ２０１１−１４５５５９Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４４４（Ｐ２０１０−７４４４）
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]