JP6532119B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関するものである。

撮像装置で行われる焦点検出方法の１つに、撮像素子に形成された焦点検出画素により位相差方式の焦点検出を行う撮像面位相差方式がある。

特許文献１では、１つの画素に対して、１つのマイクロレンズと複数に分割された光電変換部が形成されている２次元撮像素子を用いた撮像装置が開示されている。分割された光電変換部は、１つのマイクロレンズを介して撮影レンズの射出瞳の異なる領域を透過した光を受光するように構成され、瞳分割を行っている。こういった分割された光電変換部を有する画素（焦点検出画素）から出力されたそれぞれの焦点検出信号から相関量を算出し、相関量から像ずれ量を求めることで、位相差方式の焦点検出を行うことができる。また、特許文献２では、分割された光電変換部から出力された焦点検出信号を画素毎に加算することにより撮像信号を生成することが開示されている。

また、特許文献３では、複数の撮像画素からなる２次元撮像素子に、部分的に対の焦点検出画素が配置された撮像装置が開示されている。対の焦点検出画素は、開口部を有する遮光層により、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。２次元撮像素子の大部分に配置された撮像画素で撮像信号を取得し、一部に配置された焦点検出画素の焦点検出信号から相関量を算出し、相関量から像ずれ量を求めて、位相差方式の焦点検出を行うことが開示されている。

撮像面位相差方式の焦点検出においては、撮像素子に形成された焦点検出画素によりデフォーカス方向とデフォーカス量を同時に検出することが可能であり、高速に焦点調節を行うことができる。

また、焦点検出の低輝度限界を向上させるために、焦点検出領域内の複数の焦点検出ラインの焦点検出信号から、それぞれ、算出された複数の相関量を加算し、ノイズが低減された加算相関量（加算後の相関量）から像ずれ量を求める方法が提案されている。この方法の場合、像ずれ量の信頼性判定のための評価値なども加算相関量から算出される。

米国特許４４１０８０４号 特開２００１−０８３４０７号公報 特開２０００−１５６８２３号公報

焦点検出領域内の複数の焦点検出ラインには、飽和信号の割合が大きい飽和ラインや、何らかの欠陥を有する画素を含むキズライン等、相関量の検出に適さないラインが含まれることがある。焦点検出領域に含まれる複数の焦点検出ラインの加算相関量を算出して焦点検出を行う場合、そのようなラインの相関量を、加算相関量への加算処理から除外する必要がある。そのため、加算相関量を得るために加算される相関量の加算数は一定ではなく変化することになるが、この変化に伴い、加算相関量や加算相関量から算出される信頼性判定のための評価値なども変化するため、加算相関量の規格化が必要となる。

しかしながら、ＦＰＧＡなどの演算回路で処理を行う場合、各シフト量毎に加算相関量の割り算を行う規格化処理は、足し算、掛け算、ビットシフト演算などと比較して、演算回路規模や演算負荷が大きくなってしまうという課題がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出領域に飽和信号の割合が大きい飽和ラインやキズライン等、相関量の検出に適さないラインが含まれる場合でも、演算回路規模や演算負荷を抑制し、高精度な焦点検出を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、２次元に配置された複数の焦点検出画素を含む焦点検出領域を含み、前記焦点検出領域が複数の焦点検出ラインにより構成され、各焦点検出ラインにおける対の像信号を出力することが可能な撮像素子と、前記撮像素子から出力された複数の前記対の像信号のうち、相関量の検出に適さない対の像信号を除く、複数の対の像信号を、各対の像信号の一方に対して他方を予め決められた量ずつ相対的にシフトしながら、各シフト量における相関量を算出し、前記シフト量毎に前記相関量を加算した加算相関量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記加算相関量に基づいて、デフォーカス量を求める演算手段と、前記演算手段が求めたデフォーカス量に対応する加算相関量の評価値並びに、前記評価値の評価に用いる標準評価値と前記算出手段が合算した前記相関量の数との積に基づいて、前記加算相関量の信頼性を判定して、前記演算手段が求めたデフォーカス量に基づいた結像光学系の焦点調節の制御を行うかどうかを判断して焦点調節制御する焦点調節手段とを有する。

本発明によれば、焦点検出領域に飽和信号の割合が大きい飽和ラインやキズライン等、相関量の検出に適さないラインが含まれる場合でも、演算回路規模や演算負荷を抑制し、高精度な焦点検出を可能となる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の概略構成図。 実施の形態における画素配列の概略図。 実施の形態における画素の概略平面図と概略断面図。 実施の形態における画素構造と瞳分割の概略説明図。 実施の形態における撮像素子と瞳分割の概略説明図。 実施の形態における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量との概略関係図。 実施の形態における焦点検出処理のフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

［全体構成］
図１は本発明の実施の形態における撮像素子を有する撮像装置であるカメラの概略構成を示したものである。図１において、第１レンズ群１０１は結像光学系の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）を実現することができる。

第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）は、光軸方向の進退により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１０７は２次元ＣＭＯＳフォトセンサとその周辺回路からなり、結像光学系の結像面に配置される。

ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１ないし第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。

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

１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵで、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。

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

フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。

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

［撮像素子］
次に、本実施の形態における撮像素子１０７の撮像画素と焦点検出画素の配列の概略を図２に示す。図２は、本実施の形態の２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で、焦点検出画素配列を８列×４行の範囲で示したものである。

画素群２００は２行×２列の画素からなり、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置されている。さらに、各画素は２列×１行に配列された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２により構成されている。

図２に示した４列×４行の画素（８列×４行の焦点検出画素）を面上に多数配置し、撮像画像（焦点検出信号）の取得を可能としている。実施の形態では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、焦点検出画素の列方向周期ＰＡＦが２μｍ、焦点検出画素数ＮＡＦが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５０万画素の撮像素子として説明を行う。

図２に示した撮像素子の１つの画素２００Ｇを、撮像素子１０７の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図３（ａ）に示し、図３（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図３（ｂ）に示す。図３に示すように、本実施の形態の画素２００Ｇでは、各画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、ｘ方向にＮＨ分割（２分割）、ｙ方向にＮＶ分割（１分割）された光電変換部３０１と光電変換部３０２が形成される。光電変換部３０１及び３０２が、それぞれ、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に対応する。光電変換部３０１及び３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしても良いし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合フォトダイオードとしても良い。

各画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１及び３０２との間に、カラーフィルタ３０６が形成される。また、必要に応じて、各焦点検出画素毎にカラーフィルタの分光透過率を変えても良いし、カラーフィルタを省略しても良い。

図３に示した画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルタ３０６で分光されたのち、光電変換部３０１及び３０２で受光される。光電変換部３０１及び３０２では、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積され、一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子１０７の外部へ排出される。光電変換部３０１及び３０２のｎ型層（不図示）に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換されて出力される。

図３に示した本実施の形態の画素構造と瞳分割との対応関係を図４を参照して説明する。図４は、図３（ａ）に示した本実施の形態の画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面図と結像光学系の射出瞳面を示す図である。なお、図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させている。

第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、重心が−ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズ３０５によって概ね共役関係になっており、第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。

また、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面と、マイクロレンズ３０５によって概ね共役関係になっており、第２焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。

また、瞳領域５００は、光電変換部３０１及び３０２（第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２）を全て合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。

図５は、本実施の形態の撮像素子と瞳分割との対応関係を示した概略図である。第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２の結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した一対の光束は、撮像素子１０７の各画素にそれぞれ異なる角度で入射し、２×１に分割された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２で受光される。本実施の形態は、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例である。必要に応じて、垂直方向に瞳分割を行っても良い。

なお、上述した例では第１焦点検出画素と第２焦点検出画素から構成された撮像画素が複数配列されているが、本発明はこれに限られるものではない。必要に応じて、撮像画素と、第１焦点検出画素、第２焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を部分的に配置する構成としても良い。

本実施の形態では、撮像素子の各画素の第１焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点検出信号を生成し、各画素の第２焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子の各画素毎に、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。

［デフォーカス量と像ずれ量の関係］
以下、本実施の形態の撮像素子により取得される第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と、像ずれ量との関係について説明する。図６は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の概略関係図である。撮像面８００に本実施の形態の撮像素子１０７が配置され、図４、図５を参照して説明したように、結像光学系の射出瞳が、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２に２分割される。

デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面までの距離を大きさ｜ｄ｜とし、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）、被写体の結像位置が撮像面より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図６で、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体８０２は前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、第１瞳部分領域５０１（第２瞳部分領域５０２）を通過した光束は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心として幅Γ１（Γ２）に広がり、撮像面８００でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子１０７に配列された各画素を構成する第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）により受光され、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）が生成される。よって、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体８０２が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。

このように、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、もしくは、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。

［焦点検出］
本実施の形態では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係性を用いて、位相差方式の焦点検出を行う。位相差方式の焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。上述したように、撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関係性から、像ずれ量を検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。

図７は、本実施の形態の焦点検出処理のフローチャートである。なお、図７に示す処理は、画像処理回路１２５とＣＰＵ１２１によって実行される。

まずＳ１０１で、撮像素子１０７の有効画素領域の中から焦点調節を行う焦点検出領域を設定する。焦点検出領域の設定により、焦点検出領域の瞳分割方向の範囲Ｗと、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を瞳分割方向に相対的にシフトさせて相関量を算出する際のシフト量ｓのシフト範囲Γを設定する。次に、焦点検出領域の瞳分割方向と直交する方向の範囲Ｌを設定し、焦点検出領域に含まれる複数の焦点検出ラインを選択する。本実施の形態では、撮像素子１０７の水平方向が瞳分割方向であり、撮像素子１０７の垂直方向が瞳分割方向と直交する方向である。

Ｓ１０２で、加算相関量ＣＯＲ（ｓ）の記憶領域を確保し、加算相関量ＣＯＲ（ｓ）の全ての成分を０に初期化する。Ｓ１０３で、加算数Ｎａを０に初期化する。

次に、Ｓ１０１で設定された焦点検出領域の瞳分割方向と直交する方向の範囲Ｌに含まれるｌ番目（ｌ∈Ｌ）の焦点検出ラインを選択する。以下、Ｓ２０１からＳ２０６の処理は、範囲Ｌに含まれる全ての焦点検出ラインに対して行われる。

Ｓ２０１で、ｌ番目の焦点検出ラインが相関量の検出に適さない何らかの欠陥を有する画素を含むキズライン（非加算ライン）かどうかの判定を行う。キズラインと判定された場合は、ｌ番目の焦点検出ラインの相関量を算出しないと判定してＳ２０７に進み、キズラインではないと判定された場合は、Ｓ２０２に進む。

撮像素子１０７の回路構成や駆動方式により、撮像信号は正常で撮像画像への影響はないが、第１焦点検出信号または第２焦点検出信号のいずれかにキズ信号が含まれ、焦点検出ラインとしては相関量の検出に適さないキズラインとなる場合がある。従って、Ｓ２０１では、量産工程等で検査されたキズライン情報を、画像処理回路１２５等に事前に記録し、記録されたキズライン情報を用いてキズライン判定を行っても良い。また、必要に応じて、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号をリアルタイムに検査してキズライン判定を行っても良い。

Ｓ２０２で、ｌ番目の焦点検出ラインの第１焦点検出画素の受光信号から第１焦点検出信号を生成し、焦点検出領域の第２焦点検出画素の受光信号から第２焦点検出信号を生成する。ここで、垂直方向（瞳分割方向と直交する方向）にｌ番目（ｌ∈Ｌ）、水平方向（瞳分割方向）にｋ番目（ｋ∈Ｗ）の第１焦点検出信号をＡ（ｌ、ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｌ、ｋ）とする。なお、必要に応じて、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、それぞれ、信号データ量を抑制するために、水平方向の３画素加算処理や、ＲＧＢ信号を輝度Ｙ信号にするためのベイヤー（ＲＧＢ）加算処理などの信号加算処理を行っても良い。

Ｓ２０３で、ｌ番目の焦点検出ラインが相関量の検出に適さない飽和ライン（非加算ライン）かどうかの判定を行う。本実施の形態では、ｌ番目の第１焦点検出信号｛Ａ（ｌ、ｋ）：ｋ∈Ｗ｝及び第２焦点検出信号｛Ｂ（ｌ、ｋ）：ｋ∈Ｗ｝の少なくとも一方の所定割合以上（例えば、７５％以上）が飽和信号である場合に、ｌ番目の焦点検出ラインを飽和ラインと判定する。飽和ラインと判定された場合は、ｌ番目の焦点検出ラインは相関量を算出しないと判定してＳ２０７に進み、飽和ラインではない（加算ライン）と判定された場合は、Ｓ２０４に進む。

飽和信号が連続している部分は、信号が最大値で一定となり像ずれ量の情報が欠落してしまう。一方、飽和信号と非飽和信号との境界部分は、像ずれ量の情報が残る。必要に応じて、飽和信号が連続している部分の影響を排除して、飽和信号と非飽和信号との境界部分の像ずれ量の情報を抽出するために、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、エッジ抽出を行うためのバンドパスフィルタ処理を行っても良い。この処理により、焦点検出ラインに飽和信号が含まれる場合でも、飽和信号と非飽和信号との境界部分が存在すれば焦点検出情報として利用できるため、飽和ライン判定で除外される焦点検出ラインの数を抑制することができる。

Ｓ２０４で、ｌ番目の焦点検出ライン毎（加算ライン毎）に、第１焦点検出信号｛Ａ（ｌ、ｋ）：ｋ∈Ｗ｝と第２焦点検出信号｛Ｂ（ｌ、ｋ）：ｋ∈Ｗ｝から、ｌ番目の焦点検出ラインの相関量ＣＯＲ（ｌ、ｓ）を、次式（１）により算出する。

シフト量ｓの瞳分割方向へのシフト処理により、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｌ、ｋ）とｋ−ｓ番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｌ、ｋ−ｓ）を対応させ減算し、シフト減算信号を生成する。生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域の瞳分割方向の範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、ｌ番目の焦点検出ラインの相関量ＣＯＲ（ｌ、ｓ）を算出する。
Ｓ２０５では、Ｓ２０４で求めたｌ番目の焦点検出ラインの相関量ＣＯＲ（ｌ、ｓ）を、各シフト量ｓ毎に、加算相関量ＣＯＲ（ｓ）に加算し、Ｓ２０６に進む。Ｓ２０６では加算数Ｎａに１を加算して、加算したライン数を計数する。Ｓ２０７では、焦点検出領域に含まれる全ての焦点検出ラインについて処理を終了したかを判断し、終了していなければ次の焦点検出ラインに対して処理を行うためにＳ２０１に戻る。全ての焦点検出ラインの処理を終了していれば、Ｓ３０１に進む。

なお、上述した説明では、焦点検出領域に含まれる焦点検出ラインに対して、順次Ｓ２０１〜Ｓ２０７の処理を行う場合について説明したが、２つ以上の焦点検出ライン以上に対して並行して処理を行う並列処理としても構わない。

上記のように、本実施の形態では、相関量の検出に適さないキズラインや飽和ライン等の相関量の加算を除外し、加算相関量への誤った像ずれ量情報の混入を防ぐことにより、高精度な焦点検出を行うことが可能となる。

次に、図７のＳ３０１で、デフォーカス量を算出する。まず、加算相関量からサブピクセル演算により、加算相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐを算出する。次に、算出された像ずれ量ｐに、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた変換係数Ｋをかけて、検出デフォーカス量を算出し、Ｓ３０２に進む。

Ｓ３０２では、デフォーカス量の信頼性を判定するための評価値を算出する。本実施の形態では、加算相関量からサブピクセル演算により計算された加算相関量の最小値（像一致度）を評価値として算出する。第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の形状一致度が良くなるほど、加算相関量の最小値（像一致度）が小さくなり、焦点検出結果の信頼性が高くなる。必要に応じて、算出された像ずれ量ｐの位置での加算相関量の傾き（加算相関量の１階微分）を評価値としても良い。

次に、Ｓ３０３で、デフォーカス量の信頼性の判定を行う。本実施の形態では、予め、加算数が標準加算数の場合の信頼性を示す標準評価値を保持しておき、標準加算数と評価値の積が、加算数と標準評価値の積より小さい場合に、検出デフォーカス量の信頼性が高いと判定してＳ３０４に進む。標準加算数と評価値の積が加算数と標準評価値の積以上の場合は、検出デフォーカス量の信頼性が低いと判定して、焦点検出を終了する。Ｓ３０４では、検出デフォーカス量に応じて、レンズ駆動を行う。

本実施の形態では、キズラインや飽和ラインの相関量を加算しないため、加算相関量に加算される相関量の加算数が一定ではなく変化する。加算数の変化に伴い、加算相関量や加算相関量から算出される信頼性の判定のための評価値（加算相関量の最小値や傾きなど）も変化するため、適切な評価値を得るためには、通常、シフト量毎に加算相関量を加算数で割る規格化が必要となる。しかし、ＦＰＧＡなどの演算回路でデジタル処理を行う場合、各シフト量毎の加算相関量の割り算による規格化処理は、足し算、掛け算、ビットシフト演算などと比較して、演算回路規模や演算負荷が大きくなってしまう。

これに対し、本実施の形態では、加算相関量の規格化を行う代わりに、検出デフォーカス量の信頼性の判定を、標準加算数と評価値の積と、加算数と標準評価値の積とを比較することにより判定する。

なお、信頼性判定式をより簡略化するために、標準加算数が１の場合の標準所定量を保持しておくと、検出デフォーカス量の信頼性の判定を、評価値（１と評価値の積）と、加算数と標準評価値の積とを比較することにより判定することができる。

以上の構成により、飽和信号の割合が大きい飽和ラインや、何らかの欠陥を有する画素を含むキズライン等、相関量の検出に適さないライン（非加算ライン）が含まれる場合でも、演算回路規模や演算負荷を抑制し、高精度な焦点検出が可能となる。

Claims (9)

1. ２次元に配置された複数の焦点検出画素を含む焦点検出領域を含み、前記焦点検出領域が複数の焦点検出ラインにより構成され、各焦点検出ラインにおける対の像信号を出力することが可能な撮像素子と、
   前記撮像素子から出力された複数の前記対の像信号のうち、相関量の検出に適さない対の像信号を除く、複数の対の像信号を、各対の像信号の一方に対して他方を予め決められた量ずつ相対的にシフトしながら、各シフト量における相関量を算出し、前記シフト量毎に前記相関量を加算した加算相関量を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記加算相関量に基づいて、デフォーカス量を求める演算手段と、
   前記演算手段が求めたデフォーカス量に対応する加算相関量の評価値並びに、前記評価値の評価に用いる標準評価値と前記算出手段が合算した前記相関量の数との積に基づいて、前記加算相関量の信頼性を判定して、前記演算手段が求めたデフォーカス量に基づいた結像光学系の焦点調節の制御を行うかどうかを判断して焦点調節制御する焦点調節手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. ２次元に配置された複数の焦点検出画素を含む焦点検出領域を含み、前記焦点検出領域が複数の焦点検出ラインにより構成され、各焦点検出ラインにおける対の像信号を出力することが可能な撮像素子と、
   前記撮像素子から出力された複数の前記対の像信号のうち、相関量の検出に適さない対の像信号を除く、複数の対の像信号を、各対の像信号の一方に対して他方を予め決められた量ずつ相対的にシフトしながら、各シフト量における相関量を算出し、前記シフト量毎に前記相関量を加算した加算相関量を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記加算相関量に基づいて、デフォーカス量を求める演算手段と、
   前記演算手段が求めたデフォーカス量に対応する加算相関量の傾きに対応する評価値並びに、前記評価値の評価に用いる標準評価値と前記算出手段が合算した前記相関量の数との積に基づいて、前記加算相関量の信頼性を判定して、前記演算手段が求めたデフォーカス量に基づいた結像光学系の焦点調節の制御を行うかどうかを判断して焦点調節制御する焦点調節手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
3. 前記演算手段が求めたデフォーカス量に対応する前記加算相関量は、前記算出手段により算出された前記加算相関量からサブピクセル演算により計算された加算相関量の最小値であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記対の像信号にキズ画素情報が含まれる場合、当該対の像信号は前記相関量の検出に適さないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記対の像信号の少なくともいずれか一方の予め決められた割合以上が飽和した画素情報を含む場合、当該対の像信号は前記相関量の検出に適さないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子は、結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光して得られた信号を前記対の像信号として出力することが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記算出手段は、前記対の像信号の各像信号に対して複数の受光信号の信号加算処理を行ってから前記各シフト量における相関量を算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. ２次元に配置された複数の焦点検出画素を含む焦点検出領域を含み、前記焦点検出領域が複数の焦点検出ラインにより構成され、各焦点検出ラインにおける対の像信号を出力することが可能な撮像素子を含む撮像装置の制御方法であって、
   算出手段が、前記撮像素子から出力された複数の前記対の像信号のうち、相関量の検出に適さない対の像信号を除く、複数の対の像信号を、各対の像信号の一方に対して他方を予め決められた量ずつ互いにシフトしながら、各シフト量における相関量を算出し、前記シフト量毎に前記相関量を加算した加算相関量を算出する算出工程と、
   演算手段が、前記算出工程で算出された加算相関量に基づいて、デフォーカス量を求める演算工程と、
   焦点調節手段が、前記演算工程で求められたデフォーカス量に対応する加算相関量の評価値並びに、前記評価値の評価に用いる標準評価値と前記算出手段が合算した前記相関量の数との積に基づいて、前記加算相関量の信頼性を判定して、前記演算工程で求められたデフォーカス量に基づいた結像光学系の焦点調節の制御を行うかどうかを判断して焦点調節制御する焦点調節工程と
   を有することを特徴とする制御方法。
9. ２次元に配置された複数の焦点検出画素を含む焦点検出領域を含み、前記焦点検出領域が複数の焦点検出ラインにより構成され、各焦点検出ラインにおける対の像信号を出力することが可能な撮像素子を含む撮像装置の制御方法であって、
   算出手段が、前記撮像素子から出力された複数の前記対の像信号のうち、相関量の検出に適さない対の像信号を除く、複数の対の像信号を、各対の像信号の一方に対して他方を予め決められた量ずつ相対的にシフトしながら、各シフト量における相関量を算出し、前記シフト量毎に前記相関量を加算した加算相関量を算出する算出工程と、
   演算手段が、前記算出工程で算出された加算相関量に基づいて、デフォーカス量を求める演算工程と、
   焦点調節手段が、前記演算工程で求められたデフォーカス量に対応する加算相関量の傾きに対応する評価値並びに、前記評価値の評価に用いる標準評価値と前記算出手段が合算した前記相関量の数との積に基づいて、前記加算相関量の信頼性を判定して、前記演算工程で求められたデフォーカス量に基づいた結像光学系の焦点調節の制御を行うかどうかを判断して焦点調節制御する焦点調節工程と
   を有することを特徴とする制御方法。

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