JP2010286826A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置における焦点検出をより精度良く行えるようにする。
【解決手段】焦点検出装置は、被写体を結像する結像光学系の第１の瞳領域を通過する光束を受光する第１の画素群と第２の瞳領域を通過する光束を受光する第２の画素群とを有する光電変換部と、第１の画素群により生成された第１の被写体像と第２の画素群により生成された第２の被写体像とに基づいて、結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、第１の被写体像と第２の被写体像に対して、焦点検出部の出力に基づいて補正演算を行う補正演算部と、補正演算を焦点検出部の出力に基づいて再度行うか否かを判定する判定部とを有する。
【選択図】図１７

Description

本発明は、撮像装置における焦点検出技術に関するものである。

撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、センサの各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装置が特許文献１に開示されている。特許文献１の装置では、センサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割されており、分割された光電変換部がマイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を受光するように構成されている。

また特許文献２では、マイクロレンズと光電変換部の相対位置を偏位させた画素を２次元的に配置した、イメージセンサを兼ねた固体撮像装置を開示している。特許文献２の固体撮像装置では、撮影レンズの焦点状態を検出するときは、マイクロレンズと光電変換部の相対偏位方向が異なる画素列で生成される像に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出している。一方通常の画像を撮像するときは、マイクロレンズと光電変換部の相対偏位方向が異なる画素を加算することにより、画像を生成している。

また、本願出願人はデジタルスチルカメラに用いられるＣＭＯＳ型イメージセンサ（固体撮像装置）を用いて瞳分割方式の焦点検出を行う固体撮像装置を特許文献３において開示している。特許文献３の固体撮像装置は、固体撮像装置を構成する多数の画素のうち一部の画素は撮影レンズの焦点状態を検出するために光電変換部が２つに分割された構成になっている。光電変換部は、マイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の所定領域を受光するように構成されている。

図２０は、特許文献３に開示されている固体撮像装置の中央に位置する焦点検出を行う画素の受光分布の説明図で、２つに分割された光電変換部がそれぞれ受光可能な撮影レンズの瞳上の領域を示している。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２つに分割された光電変換部の受光可能な領域で、通常撮影レンズの光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して対称になるように設定されている。

カメラにおいては、撮影レンズの瞳上の領域Ｓαを透過した光束により生成された像と領域Ｓβを透過した光束により生成される像の相関演算を行って、撮影レンズの焦点状態が検出される。撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束から生成される像の相関演算を行って焦点検出を行う方法は、特許文献４に開示されている。また、特許文献４では、カメラに格納された特定のフィルターを口径比、射出瞳位置、像ズレ量によって変形し、この変形フィルターを被写体像に適応させたのち、結像状態を検出する技術が開示されている。

特開昭５８−２４１０５号公報（第２頁、図１） 特許第２９５９１４２号公報（第２頁、図２） 特開２００５−１０６９９４号公報（第７頁、図３） 特開平５−１２７０７４号公報（第１５頁、図３４）

焦点状態を検出する場合、撮影画面の中央に位置する被写体のみならず、通常撮影画面の周辺に位置する被写体に対しても焦点検出が可能である。しかし、撮影画面の周辺では、撮影レンズのレンズ枠などによる光束のけられが生じるため、撮影レンズの瞳上の領域Ｓαと領域Ｓβは非対称となってしまう。そのため、撮影レンズの瞳上の領域Ｓαを透過した光束により生成された像と領域Ｓβを透過した光束により生成される像の一致度は低くなる。その結果、特許文献１〜３に開示されている技術では、撮影レンズの瞳上の領域Ｓαを透過した光束により生成された像と領域Ｓβを透過した光束により生成される像とに基づいて相関演算を行っても、精度の高い焦点検出ができないという欠点があった。

また、特許文献４に開示されている技術では、カメラに格納された特定のフィルターを条件によって変形しただけではケラレ状態に応じた修復ができないという欠点があった。

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、撮像装置における焦点検出をより精度良く行えるようにすることである。

本発明に係わる焦点検出装置は、被写体を結像する結像光学系の第１の瞳領域を通過する光束を受光する第１の画素群と第２の瞳領域を通過する光束を受光する第２の画素群とを有する光電変換手段と、前記第１の画素群により生成された第１の被写体像と前記第２の画素群により生成された第２の被写体像とに基づいて、前記結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記第１の被写体像と前記第２の被写体像に対して、前記焦点検出手段の出力に基づいて補正演算を行う補正演算手段と、前記補正演算を前記焦点検出手段の出力に基づいて再度行うか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置における焦点検出をより精度良く行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係わるカメラの構成図。 撮像素子の概略的回路構成図。 撮像素子の画素部の断面図。 撮像素子の駆動タイミングチャート。 撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図。 撮影レンズの水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の平面図と断面図。 撮影レンズの垂直方向（縦方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の平面図と断面図。 撮像素子の瞳分割状況を概念的に説明する図。 焦点検出時に取得した画像と焦点検出領域を説明する図。 撮像素子中央の焦点検出用画素の入射角特性を表した模式図。 光束のケラレを説明する図。 瞳面Ｍｅ上での瞳領域を示した図。 焦点検出用画素の瞳強度分布を示す図。 撮像素子中央の焦点検出用画素の瞳面Ｍｅ上でのケラレを示した図。 撮像素子の中央から像高を持った位置の画素の瞳面Ｍｅ上でのケラレを示した図。 被写体像の非対称性を解消するためのフィルタ処理を説明する概念図。 焦点検出動作を示すフローチャート。 ケラレ補正動作を示すフローチャート。 撮像素子に入射する光線を表す図。 固体撮像装置の受光分布の説明図。 第２の実施形態における焦点検出フロー図。 図２２は、相関演算フロー図。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係わる焦点検出装置を有する撮像装置であるカメラの構成図を示している。図１において、１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、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。１０３は第２レンズ群である。そして絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は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）をなす。１０５は第３レンズ群で、光軸方向の進退により、焦点調節を行なう。１０６は光学的ローパスフィルタで、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。１０７は、光電変換手段であるＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子１０７には、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１乃至第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りシャッタアクチュエータで、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なう。１１４はフォーカスアクチュエータで、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なう。１１５は撮影時の被写体照明用の電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。１１６はＡＦ補助光装置で、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の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。そして、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（オートフォーカス）、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を実行する。１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光装置１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路で、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。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。

１２６はフォーカス駆動回路で、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なう。１２８は絞りシャッタ駆動回路で、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。１２９はズーム駆動回路で、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。１３１はＬＣＤ等の表示器で、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。１３２は操作スイッチ群で、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。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。

図２は本発明の第１の実施形態における撮像素子の概略的回路構成図を示したもので、本願出願人による特開平０９−０４６５９６号報等に開示された技術が好適である。図２は２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサの２列×４行の画素の範囲を示したものであるが、撮像素子として利用する場合は、図２に示した画素を多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。本実施形態においては、画素ピッチが２μm、有効画素数が横３０００列×縦２０００行＝６００万画素、撮像画面サイズが横６ｍｍ×縦４ｍｍの撮像素子として説明を行なう。

図２において、１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部、２はフォトゲート、３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタである。６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ、７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１は明出力蓄積容量ＣＴＳである。また、１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１４は差動出力アンプ、１５は水平走査回路、１６は垂直走査回路である。

図３に本実施形態における撮像素子の画素部の断面図を示す。図３において、１７はＰ型ウェル、１８はゲート酸化膜、１９は一層目ポリＳｉ、２０は二層目ポリＳｉ、２１はｎ+フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）である。ＦＤ部２１は別の転送ＭＯＳトランジスタを介して別の光電変換部と接続される。図３において、２つの転送ＭＯＳトランジスタ３のドレインとＦＤ部２１を共通化して微細化とＦＤ部２１の容量低減による感度向上を図っているが、Ａｌ配線でＦＤ部２１を接続しても良い。

次に、図４のタイミングチャートを用いて動作を説明する。このタイミングチャートは全画素独立出力の場合である。まず垂直走査回路１６からのタイミング出力によって、制御パルスφＬをハイとして垂直出力線をリセットする。また制御パルスφＲ0,φＰＧ00,φＰＧe0をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとし、フォトゲート２の一層目ポリＳｉ１９をハイとしておく。時刻Ｔ0において、制御パルスφＳ0をハイとし、水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、第１、第２ラインの画素部を選択する。次に制御パルスφＲ0をローとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート・ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ1において制御パルスφＴNをハイとする。そして、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量ＣＴＮ１０に出力させる。

次に、第１ラインの画素の光電変換出力を行うため、第１ラインの制御パルスφＴＸ00をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ３を導通した後、時刻Ｔ2において制御パルスφＰＧ00をローとして下げる。この時フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２１に完全転送させるような電圧関係が好ましい。従って完全転送が可能であれば制御パルスφＴＸはパルスではなくある固定電位でもかまわない。

時刻Ｔ2でフォトダイオードの光電変換部１からの電荷がＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるので、ＦＤ部２１の電位を時刻Ｔ3において制御パルスφＴs をハイとして蓄積容量ＣＴＳ１１に出力する。この時点で第１ラインの画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に蓄積されている。そして、時刻Ｔ4で制御パルスφＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１５の走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力を出力させる。この時、蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に対して、差動増幅器１４によって、差動出力ＶOUTを取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。また画素３０−１２、３０−２２の光電荷は画素３０−１１、３０−２１と同時に夫々の蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に蓄積される。そして、その読み出しは水平走査回路１５からのタイミングパルスを１画素分遅らして水平出力線に読み出して差動増幅器１４から出力される。本実施形態では、差動出力ＶOUTをチップ内で行う構成を示しているが、チップ内に含めず、外部で従来のＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路を用いても同様の効果が得られる。

蓄積容量ＣＴＳ１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ0をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通しＦＤ部２１を電源ＶDDにリセットする。第１ラインの水平転送が終了した後、第２ラインの読み出しを行う。第２ラインの読み出しは、制御パルスφＴＸe0、制御パルスφＰＧe0を同様に駆動させ、制御パルスφＴN、φＴSに夫々ハイパルスを供給して、蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に夫々光電荷を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。以上の駆動により、第１、第２ラインの読み出しが夫々独立に行える。この後、垂直走査回路を走査させ、同様に第２ｎ＋１，第２ｎ＋２（ｎ＝１，２，…）の読み出しを行えば全画素独立出力が行える。即ち、ｎ＝１の場合は、まず制御パルスφＳ1をハイとし、次にφＲ1をローとし、続いて制御パルスφＴN、φＴＸ01をハイとし、制御パルスφＰＧ01をロー、制御パルスφＴSをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして画素３０−３１，３０−３２の画素信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸe1，φＰＧe1及び上記と同様に制御パルスを印加して、画素３０−４１，３０−４２の画素信号を読み出す。

図５乃至図７は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施形態においては、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。

図５に撮像用画素の平面図と断面図を示す。図５（ａ）は撮像素子中央に位置する２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そしてこの２行×２列の構造が繰り返し配置される。図５（ａ）の断面Ａ−Ａを図５（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤは図３で説明したＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したもの、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＭＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、図５（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図６は、撮影レンズの図中ｘ方向に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の平面図と断面図を示す。図６（ａ）は、撮像素子中央に位置する焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。撮像信号を得る場合、Ｇ画素は輝度情報の主成分をなす。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認められやすい。一方でＲもしくはＢ画素は、色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化に気づきにくい。そこで本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢに相当する位置の画素に、ある割合で焦点検出用画素を配列している。これを図６（ａ）においてＳＨＡ及びＳＨＢで示す。

図６（ａ）の断面Ｂ−Ｂを図６（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図５（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施形態においては、焦点検出用画素の信号は画像創生には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対してｘ方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＨＡ（第１の画素群）の開口部ＯＰＨＡは−ｘ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡ（第１の瞳領域）を通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＨＢ（第２の画素群）の開口部ＯＰＨＢは＋ｘ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢ（第２の瞳領域）を通過した光束を受光する。よって、画素ＳＨＡをｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像（第１の被写体像）とし、画素ＳＨＢもｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像（第２の被写体像）とする。これにより、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量、焦点状態）が検出できる。

なお、上記の画素ＳＨＡ及びＳＨＢでは、撮影画面のｘ方向に輝度分布を有した被写体、例えばｙ方向の線に対しては焦点検出可能であるが、ｙ方向に輝度分布を有するｘ方向の線は焦点検出不能である。そこで本実施形態では、後者についても焦点検出できるよう、撮影レンズのｙ方向に瞳分割を行なう画素も備えている。

図７は、撮影レンズの図中ｙ方向に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の平面図と断面図を示す。図７（ａ）は、撮像素子中央に位置する焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図で、図６（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢに相当する位置の画素にある割合で焦点検出用画素を配列している。これを図７（ａ）においてＳＶＣ及びＳＶＤで示す。

図７（ａ）の断面Ｃ−Ｃを図７（ｂ）に示すが、図６（ｂ）の画素がｘ方向に瞳分離する構造であるのに対して、図７（ｂ）の画素は瞳分離方向がｙ方向になっているだけで、画素の構造としては変わらない。すなわち、画素ＳＶＣの開口部ＯＰＶＣは−ｙ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの＋ｙ方向の射出瞳ＥＰＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＶＤの開口部ＯＰＶＤは＋ｙ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの−ｙ方向の射出瞳ＥＰＶＤを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＶＣをｙ方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＣ像とし、画素ＳＶＤもｙ方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＤ像とする。これにより、Ｃ像とＤ像の相対位置を検出することで、ｙ方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。

図８は、本実施形態における撮像素子の瞳分割状況を概念的に説明する図である。ＴＬは撮影レンズ、１０７は撮像素子、ＯＢＪは被写体、ＩＭＧは被写体像である。撮像用画素は図５の撮像用画素の平面図と断面図で説明したように、撮影レンズの射出瞳全域ＥＰを通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は図６のｘ方向に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の平面図と断面図及び図７のｙ方向に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の平面図と断面図で説明したように、瞳分割機能を有している。具体的には、図６の画素ＳＨＡは＋ｘ方向の側の瞳を通過した光束、すなわち図８の瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に画素ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤはそれぞれ瞳ＥＰＨＢ、ＥＰＶＣ及びＥＰＶＤを通過した光束を受光する。そして、焦点検出用画素を、撮像素子１０７の全領域に渡って分布させることで、撮像領域全域で焦点検出を可能とさせている。

図９は、焦点検出時に取得した画像と焦点検出領域を説明する図である。図９において、撮像面に形成された被写体像には、中央に人物、左側に近景の樹木、右側に遠景の山並みが写っている。そして本実施形態においては、焦点検出用画素は、ｘ方向ずれ検出用の画素ペアＳＨＡ及びＳＨＢと、ｙ方向ずれ検出用の画素ペアＳＶＣ及びＳＶＤが、撮像領域全域に渡って均等な密度で配置されている。そしてｘ方向ずれ検出の際には、ｘ方向ずれ検出用の画素ペアＳＨＡ及びＳＨＢから得られる一対の画像信号を、位相差演算のためのＡＦ画素信号として使用する。また、ｙ方向ずれ検出の際には、ｙ方向ずれ検出用の画素ペアＳＶＣ及びＳＶＤから得られる一対の画像信号を、位相差演算のためのＡＦ画素信号として使用する。よって、撮像領域の任意位置において、ｘ方向ずれ検出及びｙ方向ずれ検出のための測距領域を設定可能である。

図９においては、画面中央に人物の顔が存在している。そこで公知の顔認識技術によって顔の存在が検出されると、顔領域を中心にｘ方向ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ1，ｙ1）と、ｙ方向ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ3，ｙ3）が設定される。ここで添え字のｈはｘ方向を、ｖはｙ方向を表わし、（ｘ1，ｙ1）及び（ｘ3，ｙ3）は焦点検出領域の左上隅の座標を表わす。そして、焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ1，ｙ1）の各セクション内に含まれるｘ方向ずれ検出用の焦点検出用画素ＳＨＡを３０セクションに渡って連結した位相差検出用のＡ像信号がＡＦＳＩＧｈ（Ａ1）である。また、同様に各セクションのｘ方向ずれ検出用の焦点検出画素ＳＨＢを３０セクションに渡って連結した位相差検出用のＢ像信号がＡＦＳＩＧｈ（Ｂ1）である。そして、Ａ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ａ1）とＢ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ｂ1）の相対的なｘ方向ずれ量を公知の相関演算によって計算することで、撮影レンズの焦点ずれ量（デフォーカス量）を求めることができる。焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ3，ｙ3）についても同様に焦点ずれ量を求める。そして、ｘ方向ずれ及びｙ方向ずれの焦点検出領域で検出した２つの焦点ずれ量を比較し、信頼性の高い値を採用すればよい。

一方、画面左側の樹木の幹部は、ｙ方向成分が主体、すなわちｘ方向に輝度分布を有しているため、ｘ方向ずれ検知に適した被写体と判断され、ｘ方向ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ2，ｙ2）が設定される。また、画面右側の山並み稜線部は、ｘ方向成分が主体、すなわちｙ方向に輝度分布を有しているため、ｙ方向ずれ検知に適した被写体と判断され、ｙ方向ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ4，ｙ4）が設定される。

以上のごとく本実施形態においては、ｘ方向ずれ及びｙ方向ずれ検出のための焦点検出領域が画面の任意位置に設定可能であるため、被写体の投影位置や輝度分布の方向性が様々であっても、常に焦点検出が可能である。なお、原理はｘ方向ずれとｙ方向ずれとでは方向が異なること以外は同じであるため、以下はｘ方向ずれの検出のための説明とし、ｙ方向ずれ検出の説明は省略する。

図１０は撮像素子中央の焦点検出用画素の入射角特性を表した模式図であり、図１０（ａ）は画素ＳＨＡ、図１０（ｂ）は画素ＳＨＢの特性を示している。図１０中ｘ軸、ｙ軸はそれぞれ画素のｘ方向、ｙ方向の入射角度を表している。図１０では、色が濃くなるほど受光強度が高いことを示している。図６では説明を分かりやすくするため、画素ＳＨＡの射出瞳をＥＰＨＡ、画素ＳＨＢの射出瞳をＥＰＨＢと、それぞれ分離して表した。しかし、図１０に示すように、実際には、開口部ＯＰＨＡ及び開口部ＯＰＨＢの開口部による回折の影響や、ＳＮを向上させる目的で画素ＳＨＡと画素ＳＨＢの射出瞳は一部領域の重なる部分がある。図１０（ｃ）は焦点検出用画素の入射角特性を１次元で表した図である。横軸は入射角を、縦軸は図１０（ａ）、（ｂ）のθｙ方向の受光感度を加算したものを表しており、原点が光軸である。図１０（ｃ）に示すように、撮像素子中央の焦点検出用画素では、画素ＳＨＡと画素ＳＨＢの入射角特性は光軸に対して略対称となる。

図１１は光束のケラレを説明する図である。図１１（ａ）は撮像素子中央の画素に入射する光束を示し、図１１（ｂ）は撮像素子の中央から像高を持った位置の画素に入射する光束を示している。撮像素子には撮影レンズ１０１のレンズ保持枠や絞り１０２などいくつかの構成部材によって制限された光束が入射する。ここでは説明を分かりやすくするため、あらゆる像高において光束を制限する部材が２つあるものとして説明する。Ｉｗ１、Ｉｗ２は光束を制限する部材を窓として、光束はこの内側を通過する。ＭｅはマイクロレンズＭＬの構成によって設定された瞳面を表している。

図１１（ａ）を用いて、撮像素子中央の画素に入射する光束のケラレを説明する。Ｌ１ｒｃ、Ｌ１ｌｃは窓Ｉｗ１の射出光束の外周を表しており、Ｌ１ｒｃは図１１中右端、Ｌ１ｌｃは図１１中左端を示している。Ｌ２ｒｃ、Ｌ２ｌｃは窓Ｉｗ２の射出光束をマイクロレンズＭＬの瞳位置まで投影したものの外周を表しており、Ｌ２ｒｃは図１１中右端、Ｌ２ｌｃは図１１中左端を示している。図１１（ａ）に示すように、撮像素子の中央画素に入射する光束の瞳面Ｍｅでの瞳領域はＬ２ｌｃとＬ２ｒｃを外周とする光束、つまり、矢印Ａｒｅａ１で示される。

次に、図１１（ｂ）を用いて、撮像素子の中央から像高を持った位置の画素に入射する光束のケラレを説明する。Ｌ１ｒｈ、Ｌ１ｌｈは窓Ｉｗ１の射出光束の外周を表しており、Ｌ１ｒｈは図１１中右端、Ｌ１ｌｈは図１１中左端を示している。Ｌ２ｒｈ、Ｌ２ｌｈは窓Ｉｗ２の射出光束をマイクロレンズＭＬの瞳位置まで投影したものの外周を表しており、Ｌ２ｒｈは図１１中右端、Ｌ２ｌｈは図１１中左端を示している。図１１（ｂ）に示すように、撮像素子の中央から像高を持った位置の画素に入射する光束の瞳面Ｍｅ上での瞳領域はＬ１ｌｈとＬ２ｒｈを外周とする光束、つまり、矢印Ａｒｅａ２で示される。

図１２は瞳面Ｍｅ上での瞳領域を示した図である。図１２（ａ）は撮像素子中央の画素の瞳領域を示し、図１２（ｂ）は撮像素子の中央から像高を持った位置の画素の瞳領域を示している。図１１で説明したように、撮像素子中央の画素は同一窓Ｉｗ２のみによって制限された光束が入射するため、図１２（ａ）に示すように瞳領域Ａｒｅａ１は窓Ｉｗ２の形状がそのまま投影される。光束を制限する窓は円形状であるため、瞳領域Ａｒｅａ１の形状も円形状となる。一方、撮像素子の中央から像高を持った位置の画素はＩｗ１とＩｗ２によって制限された光束が入射するため、瞳領域Ａｒｅａ２は図１２（ｂ）に示したような形状となる。

図１３は焦点検出用画素の瞳強度分布を示す図である。これは、図１０に示した撮像素子中央の焦点検出用画素の入射角特性をマイクロレンズＭＬの瞳上に投影したものに等しく、図１３の縦軸および横軸は瞳上の座標に展開したものである。この瞳強度分布は、撮像素子の中央から像高を持った位置の画素についても同じ特性をもっている。なぜならば、撮像素子の中央から像高を持った位置の画素のマイクロレンズＭＬは光軸中心がマイクロレンズＭＬの瞳の中心を通過するように偏芯して作製されているためである。

図１４は撮像素子中央の焦点検出用画素の瞳面Ｍｅ上でのケラレを示した図である。図１４（ａ）は画素ＳＨＡ、図１４（ｂ）は画素ＳＨＢの特性を示している。図１５は図１２（ａ）と図１３を重ね合わせたものであり、画素ＳＨＡ及び画素ＳＨＢにはＡｒｅａ１で示した形状の内側を透過した光束が図示した瞳強度分布で入射する。図１４（ｃ）は撮像素子中央の焦点検出用画素の瞳面Ｍｅ上での入射光束の瞳強度分布を２次元で表した図である。横軸は瞳面Ｍｅ上のｘ方向の座標を表し、縦軸は各座標の強度を表している。各座標の強度は図１４（ａ）、（ｂ）のｙ方向の瞳強度を加算したものである。画素ＳＨＡと画素ＳＨＢの瞳面Ｍｅ上での入射光束の瞳強度分布はＥｓｄＡｃ、ＥｓｄＢｃで示している。図１４に示すように画素ＳＨＡ及び画素ＳＨＢの瞳面Ｍｅ上の瞳強度分布は左右対称である。また、けられる形状も左右対称形状であることから、画素ＳＨＡと画素ＳＨＢの瞳面Ｍｅ上での入射光束の瞳強度分布も左右対称である。

図１５は撮像素子の中央から像高を持った位置の画素の瞳面Ｍｅ上でのケラレを示した図である。図１５（ａ）は画素ＳＨＡ、図１５（ｂ）は画素ＳＨＢの特性を示している。図１５は図１２（ｂ）と図１３を重ね合わせたものであり、画素ＳＨＡ及び画素ＳＨＢにはＡｒｅａ２で示した形状の内側を透過した光束が図示した瞳強度分布で入射する。図１５（ｃ）は撮像素子の中央から像高を持った位置の画素の瞳面Ｍｅ上での入射光束の瞳強度分布を２次元で表した図である。横軸は瞳面Ｍｅ上のｘ方向の座標を表し、縦軸は各座標の強度を表している。各座標の強度は図１５（ａ）、（ｂ）のｙ方向の瞳強度を加算したものである。図１５（ｃ）中、画素ＳＨＡと画素ＳＨＢの瞳面Ｍｅ上での入射光束の瞳強度分布はＥｓｄＡｈ、ＥｓｄＢｈで示している。画素ＳＨＡ及び画素ＳＨＢの瞳面Ｍｅ上の瞳強度分布は左右対称であるが、けられる形状が左右非対称の形状であることから、画素ＳＨＡと画素ＳＨＢの瞳面Ｍｅ上での入射光束の瞳強度分布ＥｓｄＡｃ、ＥｓｄＢｃは、左右非対称となる。

前述したように、画素ＳＨＡをｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像Ａ像と、画素ＳＨＢをｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像Ｂ像との相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出している。

いま被写体の光量分布をｆ（ｘ，ｙ）、被写体像の光量分布をｇ（ｘ，ｙ）とするとき、

の関係（たたみこみ積分；convolution）が成立する。ここでｈ（ｘ，ｙ）は被写体が画像形成システムにおいて劣化する状態を表す伝達関数で、点像分布関数（point spread function）と呼ばれる。従って、焦点検出に用いる１対の被写体像を知るには、点像分布関数を知る必要がある。ここで、位相差方式の焦点検出においては、１対の被写体像の１次元方向に注目し、その位相ずれを検出するため、点像分布関数の代わりに１次元の関数である線像分布関数（line spread function）により、焦点検出に関する画像システムを評価することができる。そこで、被写体の光量分布をｆ（ｘ）、被写体像の光量分布をｇ（ｘ）と置き換えると、上記式（１）は線像分布関数Ｌ（ａ）を用いて以下のように書き換えられる。

従って、式（２）より任意のデフォーカス時の位相ずれ方向における通過する瞳領域が異なる光束により生成される１対の線像分布関数を知ることにより、１対の被写体像を知ることができる。１対の被写体像がわかれば、それぞれの被写体像の重心間隔から基線長を求め、１対の被写体像の像ズレ量と基線長からデフォーカス量を算出することができる。基線長は以下の（３）〜（５）式により求めることができる。被写体像の重心をＧＡ、ＧＢ、基線長をＧとすると、以下のようになる。

次に、補正演算により被写体像の非対称性を補正する方法について説明する。前述したように、被写体像Ａ像と被写体像Ｂ像の非対称性は画素ＳＨＡと画素ＳＨＢとが非対称な瞳強度分布が畳み込み積分されることによって生じる。図１６は被写体像の非対称性を解消するためのフィルタ処理を説明する概念図である。図１６において、横軸は焦点検出視野内のｘ方向の座標、縦軸は輝度を表している。図１６（ａ）は被写体の光量分布をＯｂｊで表しており、図１６（ｂ）と図１６（ｃ）は画素ＳＨＡ及び画素ＳＨＢのＡＦ瞳上の線像をＥｓｄＡｘ、ＥｓｄＢｘで表したものである。図１６（ｄ）、図１６（ｅ）はそれぞれあるデフォーカスにおける被写体像Ａ像（ＩｍｇＡ、第１の像信号））、被写体像Ｂ像（ＩｍｇＢ、第２の像信号）を表しており、それぞれ被写体の光量分布Ｏｂｊに線像ＥｓｄＡｘ（第１の線像）、線像ＥｓｄＢｘ（第２の線像）を畳み込み積分して得られる。図１６（ｆ）、図１６（ｇ）は被写体像Ａ像ＩｍｇＡにＢ像の線像ＥｓｄＢｘを畳み込み積分した修正像ＲｅＩｍｇＡ、被写体像Ｂ像ＩｍｇＢに線像ＥｓｄＡｘを畳み込み積分した修正像ＲｅＩｍｇＢを表している。図１６（ｆ）、図１６（ｇ）に示すように、各修正像は同形となる。修正像が同形になる原理について説明する。

被写体像Ａ像ＩｍｇＡは前述した式（２）により得られる。

得られた被写体像Ａ像ＩｍｇＡに線像ＥｓｄＢｘを畳み込み積分して得られる修正像ＲｅＩｍｇＡ（ｋ（ｘ））は以下のように求められる。

修正像ＲｅＩｍｇＢについても同様に計算すると、

が得られる。
上式（６）、（７）より、得られたＲｅＩｍｇＡとＲｅＩｍｇＢは等しくなる。

次に本実施形態の焦点検出動作について図１７のフローチャートを用いて説明する。なお、図１７のフローにおける動作はＣＰＵ１２１によって実行される。ステップＳ１では、デフォーカス量の演算処理を行った回数を示すＮに０を代入し、ステップＳ２へと進む。ステップＳ２ではケラレ状態を知るためのレンズ情報が読み出され、ステップＳ３へと進む。ステップＳ３では使用者が設定した測距位置や範囲などの測距点情報が読み出される。完了後ステップＳ４へと進む。ステップＳ４では、ステップＳ３で読み出された測距位置での焦点検出用画素の画像信号を読み出し、被写体Ａ像、被写体Ｂ像が形成される。完了後、ステップＳ５へと進む。ステップＳ５では、ＣＰＵ１２１はステップＳ４で得られた被写体像Ａ像、被写体像Ｂ像を用いて公知の相関演算方法により像ズレ量を求め、ステップＳ２で求めたレンズ情報と合わせて、暫定的なデフォーカス量を求める。暫定デフォーカス量算出後、ステップＳ６へと進む。

ステップＳ６では、デフォーカス量の演算処理を行った回数を示すＮに１を加算し、ステップＳ７へと進む。ステップＳ７では、ＣＰＵ１２１は繰り返し演算されるデフォーカス量の最新の値を用いて、ステップＳ４で得られた被写体像Ａ像、被写体像Ｂ像のケラレ補正を行う。完了後、ステップＳ８へと進む。ステップＳ７のケラレ補正に関する具体的な処理については後述する。ステップＳ８では、ＣＰＵ１２１はステップＳ７で形成されたケラレ補正後の被写体像を用いて、公知の相関演算方法により２つの像の像ズレ量が算出される。ステップＳ７で算出された基線長と合わせて、デフォーカス量を求める。完了すると、ステップＳ９へと進む。

ステップＳ９では、デフォーカス量の演算処理を行った回数を示すＮに１を加算し、ステップＳ１０へと進む。ステップＳ１０では、ＣＰＵ１２１は再度ケラレ補正を行い、デフォーカス量を算出し直すかどうかの判定を行う。具体的には、判定手段（ＣＰＵ１２１）は、（ＤＥＦ（Ｎ−１））−（ＤＥＦ（Ｎ−２））の値が所定の収束判定閾値以下の場合には、算出されるデフォーカス量が十分に収束しているので、再度繰り返し演算は行わない。所定の収束判定閾値より大きい場合には、算出されるデフォーカス量がまだ十分に収束していないので、算出した最新のデフォーカス量を用いて、再度ケラレ補正パラメータを演算し直し、再度デフォーカス量を算出し直す必要があると判定する。再度行うと判定された場合には、ステップＳ７へと進む。再度行わないと判定された場合には、ステップＳ１１へと進む。

ステップＳ１１では、算出された最新のデフォーカス量（ＤＥＦ（Ｎ−１））が、合焦か否かの判定がなされる。合焦だと判定されなかった場合には、ステップＳ１２へと進む。合焦だと判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１２では、算出されたデフォーカス演算結果に応じて、第３レンズ群１０５を進退させる。そして、ステップＳ４へと戻る。ステップＳ１３にて、一連の焦点検出フローが終了する。

次に図１７の焦点検出動作のフローチャートにおける、ステップＳ７の、「デフォーカス量（ＤＥＦ（Ｎ−１））に応じたケラレ補正処理」について説明する。ここでは、ＣＰＵ１２１によって、ステップＳ５か、或はステップＳ８で算出された最新のデフォーカス量を用いて、Ａ像、Ｂ像の光量比を調節するシェーディング補正を行い、更にＡ像Ｂ像の形状が略同一形状になるような形状補正を行い、更に基線長の算出を行う。以下、図１８のフローチャートを用いて詳細に説明する。

ステップＳ１０１では、レンズ情報と測距点情報、最新のデフォーカス情報（ＤＥＦ（Ｎ−１））から被写体像Ａ像と被写体像Ｂ像のシェーディングを予測し、Ａ像Ｂ像の光量比を調節するシェーディング補正を行う。シェーディング補正後、ステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２では各焦点検出用画素においてＣＰＵ１２１内のＲＯＭに保管されている瞳強度分布を読み出し、レンズ情報と測距点情報、最新のデフォーカス情報（ＤＥＦ（Ｎ−１））と合わせて線像分布関数を算出する。完了後、ステップＳ１０３へと進む。ステップＳ１０３では、ＣＰＵ１２１が像修正フィルタを作成する。ステップＳ１０２で得られた線像分布関数を、最新のデフォーカス情報（ＤＥＦ（Ｎ−１））に基づいて決定した像修正フィルタの幅に合わせる。ここの処理の詳細は後述する。完了後、ステップＳ１０４へと進む。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で得られた像修正フィルタを被写体像に畳み込み積分し、Ａ像、Ｂ像の形状を略同一形状に調節した修正被写体像を算出する。そして、ステップＳ１０５へと進む。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２で得られた線像分布関数を用いて、基線長を算出する。ここでの基線長の算出方法の詳細は後述する。完了すると、ステップＳ１０６へと進む。ステップＳ１０６にて、一連の焦点検出フローが終了する。

次に、ステップＳ１０３の像修正フィルタの幅決定方法について、図１９を用いて詳細に説明する。図１９はデフォーカス時の撮像素子に入射する光線を表す図である。図１９（ａ）は前ピン時の光線図を示したもので、Ｚａｆは撮像素子１０７の撮像面から瞳面Ｍｅまでの距離、ＲａｆはステップＳ２で得られたケラレ情報により瞳面Ｍｅで光束を制限する水平方向の幅、ＤｅｆはステップＳ５で得られた暫定デフォーカス量である。図２２（ａ）で明らかなように、撮像素子１１７の撮像面では像が幅Ｗｆに示した拡がりを持つことになる。従って、Ｗｆは前ピンではＤｅｆが負であることを考慮して以下の式によって得られる。

同様に、後ピンの場合は図１９（ｂ）に示すような関係となり、前ピンの時と同じ式（８）が成立することがわかる。式（８）で得られたＷｆが像修正フィルタの幅となる。

次に、像修正フィルタの高さを同じ高さになるように低い方のフィルタをゲインアップして調整する。これは、ステップＳ１０１において、１回目の相関演算時に被写体像Ａ像と被写体像Ｂ像とをシェーディング補正しているためである。次に、被写体像Ａ像と被写体像Ｂ像の像修正フィルタの重心を合わせるように波形を移動する。これは、次のステップＳ１０４で行われるフィルタ処理により変化する基線長の変化量が、フィルタ処理による修正被写体像Ａ像、修正被写体像Ｂ像の変形によるものに限定するためである。

次に、ステップＳ１０５の基線長算出方法について詳細に説明する。まず、被写体像Ａ像に対応した線像（以下、線像Ａ）と被写体像Ｂ像に対応した線像（以下、線像Ｂ）の重心を合わせるように移動させる。移動させた線像Ａ、線像Ｂをそれぞれ線像Ａ０、線像Ｂ０とすると、線像Ａに線像Ｂ０を畳み込み積分した修正線像Ａと、線像Ｂに線像Ａ０を畳み込み積分した修正線像Ｂの重心間隔により、修正基線長を算出する。これを式で表すと以下のようになる。

修正線像Ａを求める式は、修正線像ＡをＭＡ（ｘ）、線像ＡをＬＡ（ｘ）、線像Ｂ０をＬＢ’（ｘ）とすると、

よって、修正線像Ａの重心をＧＡ’とすると、

となる。
同様に、修正線像Ｂを求める式は、修正線像ＢをＭＢ（ｘ）、線像ＢをＬＢ（ｘ）、線像Ａ０をＬＡ’（ｘ）とすると、

よって、修正線像Ｂの重心をＧＢ’とすると、

となる。
よって、求める基線長をＧ’とすると、

以上の計算により、基線長が算出される。

以上のような構成により、焦点検出手段（ＣＰＵ１２１）にて検出したデフォーカス量に応じて、補正演算手段（ＣＰＵ１２１）はケラレ補正パラメータを更新しながら、複数回連続して焦点検出を行う。そのため、より精度の良いデフォーカス量を用いることでより正確にケラレ補正を行うことができ、より精度の良い焦点検出が可能となる。

詳細に説明すると、ステップＳ１０３の処理において、より精度の良い最新のデフォーカス情報（ＤＥＦ（Ｎ−１））を用いて像修正フィルタ幅を決定するので、より正確にケラレ補正を行うことができ、より精度の良い焦点検出が可能となる。また、ステップＳ１０１の処理において、最新のデフォーカス情報（ＤＥＦ（Ｎ−１））から被写体像Ａ像と被写体像Ｂ像のシェーディングを予測して、シェーディング補正を行う。そのため、例えばマクロレンズのようにデフォーカス量によってシェーディング補正係数が大きく異なるレンズの場合には特に、より正確にケラレ補正を行うことができ、より精度の良い焦点検出が可能となる。

また、ステップＳ１０２の処理において、最新のデフォーカス情報（ＤＥＦ（Ｎ−１））から線像分布関数を算出する。そのため、例えばマクロレンズのようにデフォーカス量によって線像分布関数が大きく異なるレンズの場合には特に、より正確にケラレ補正を行うことができ、より精度の良い焦点検出が可能となる。

なお、本実施形態では、相関演算に公知の像ズレ方式を用いたが、他の方法を用いたとしても同様の結果が得られる。また、本実施形態では、シェーディング補正後の被写体像２像に対して、２像に対応した線像の高さを合わせた修正フィルタを用いて像修正処理を行った。しかし、シェーディング補正前の被写体像に、高さを合わせない修正フィルタを用いて畳み込み積分を行い、像修正を行っても良い。

また、本実施形態では光電変換手段としてＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子を利用した焦点演算方法を例に説明したが、光電変換手段としてラインセンサを用いた従来の一眼レフカメラの瞳分割方式焦点検出装置においても有効である。

また、本実施形態の判定手段では、ステップＳ１０での再演算を行うかどうかの判定を、算出されるデフォーカス量の収束状態から判定する方法を用いた。しかし、他にも、シェーディング補正値や線像形状、基線長といった繰り返し演算されるケラレ補正パラメータや、Ａ像、Ｂ像の像ズレ量などの収束状態から判定を行っても良い。或は、デフォーカス量の演算処理を行った回数を示すＮが所定回数を超えるかどうかのみで判定しても良い。或は、両方を組み合わせて、デフォーカス量の収束状態から判定を行うが、所定の回数を超えて繰り返し演算は行わないといった処理にすることで、まずは必要な精度内での焦点検出を目指しながらも、繰り返し演算回数が増えて演算時間が長くなり過ぎることを防止するようなフローにしても良い。

また、本実施形態の判定手段では、ステップＳ１０での再演算を行うかどうかの判定に用いる判定閾値を固定の値としたが、可変な値としても良い。例えば、被写界深度はＦ値に比例するので、収束の判定閾値もＦ値に比例させることで、必要とされる焦点検出精度に沿った判定閾値となり、特にＦ値の大きな条件において、演算時間をより短縮させることが可能になる。或は、被写体の輝度が低く、得られる像信号のＳ／Ｎが良くない場合や、被写体のコントラストが低い場合には、デフォーカス量の演算結果バラツキが大きくなるので、収束の判定閾値も被写体のコントラストや輝度情報に応じて、予想される演算結果バラツキに比例した判定閾値とすることで、収束性を良くすることが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、カメラの構成は第１の実施形態と同一であるが、焦点検出フローが異なる。本実施形態における、焦点検出フローを、図２１の焦点検出フローと、図２２の相関演算フローを用いて説明する。

なお、図２１、図２２のフローにおける動作は本発明の補正演算手段、焦点検出手段、判定手段であるＣＰＵ１２１によって実行される。また、焦点検出手段は、信号処理選択手段、信号処理手段を含んでおり、像信号に対して最適な信号処理を施してから焦点検出を行う。

焦点検出動作が開始されると、ステップＳ３０１では、デフォーカス量の演算処理を行った回数を示すＮに０を代入する。また、ケラレ補正パラメータを更新しながらの繰返し演算が収束したかどうかを示すＭに０を代入し、ステップＳ３０２へと進む。

ステップＳ３０２〜ステップＳ３１０は、第１の実施形態で説明した図１７のステップＳ２〜ステップＳ１０と同一であるため、ここでは説明を省略する。ステップＳ３１１では、Ｍに１を代入し、ステップＳ３１２へと進む。ステップＳ３１２では再度相関演算を行う。

ステップＳ３１３〜ステップＳ３１４は、第１の実施形態で説明した図１７のステップＳ１１〜ステップＳ１２と同一であるため、ここでは説明を省略する。

次に、ステップＳ３０５、ステップＳ３０８、ステップＳ３１２で、焦点検出手段によって行われる、相関演算処理について、図２２の相関演算フローを用いて詳細に説明する。

ステップＳ４０１では、Ｍが０であるか、そうでないかの判定を行う。Ｍは焦点検出フローにおけるＭと同一で、ケラレ補正パラメータを更新しながらの繰返し演算が収束したときには1で、そうでないときには０となっている。Ｍが０であると判定されるとステップＳ４０２へと進む。０でないと判定されるとステップＳ４０３へと進む。

ステップＳ４０２では、信号処理選択手段によって、補正前信号に基づいて信号処理選択が行われる。ここで言う補正前信号とは、焦点検出用画素から読み出された、ケラレ補正を行う前の、被写体Ａ像、被写体Ｂ像の信号である。信号処理や、複数の信号処理からの信号処理選択は、公知の技術であり、ステップＳ４０７での像ズレ量検出をより精度良く行うために行われる。

例えば信号処理は、被写体Ａ像と被写体Ｂ像の信号強度のレベル差の影響を受け難くするフィルタ処理や、或は特定の周波数成分を増幅させたり減衰させたりするフィルタ処理など、複数の信号処理がＣＰＵ１２１に記憶されている。

また、例えば信号処理選択は、補正前信号のコントラストが低い場合や、輝度が低い場合には、そうでない場合よりも、より空間周波数の低い領域を増幅させるような信号処理を選択する。信号処理を選択後、ステップＳ４０４へと進む。

ステップＳ４０３では、信号処理選択手段によって、補正後信号に基づいて信号処理選択が行われる。ここで言う補正後信号とは、ステップＳ３０７で行われたケラレ補正が行われた後の被写体Ａ像、被写体Ｂ像の信号である。

ステップＳ４０４では、Ｎが０であるか、そうでないかの判定を行う。Ｎは、図２１の焦点検出フローにおけるＮと同一で、デフォーカス量の演算処理を行った回数を示す数であるが、これまでにケラレ補正を行った回数と等しい。Ｎが０であると判定されるとステップＳ４０５へと進む。０でないと判定されるとステップＳ４０６へと進む。

ステップＳ４０５では、信号処理手段によって、ケラレ補正を行う前の、被写体Ａ像、被写体Ｂ像の信号に対して、信号処理が行われる。信号処理を行うと、ステップＳ４０７へと進む。

ステップＳ４０６では、信号処理手段によって、ケラレ補正を行った後の、被写体Ａ像、被写体Ｂ像の信号に対して、信号処理が行われる。信号処理を行うと、ステップＳ４０７へと進む。

ステップＳ４０７では、信号処理後の信号を用いて、公知の技術によって像ズレ量の検出を行い、デフォーカス量を算出する。

以上のような構成により、焦点検出用画素から読み出された像信号に対して、像ズレ量検出をより正確に行うための信号処理を施してから、像ズレ量を検出するので、より精度良い焦点検出が可能となる。

また、ケラレ補正に関するパラメータを更新しながらの繰返し演算中に、ケラレ補正のパラメータ更新によって被写体像は変わっても、信号処理は同一の信号処理に固定して行うので、デフォーカス量の収束判定をより正確に行うことが可能となる。その結果、より精度良い焦点検出が可能となる。

また、ケラレ補正に関するパラメータを更新しながらの繰返し演算が収束した後に、ケラレ補正後の像信号に対して最適な信号処理を選択して、信号処理を行うので、より精度良い焦点検出が可能となる。

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。

Claims (7)

1. 被写体を結像する結像光学系の第１の瞳領域を通過する光束を受光する第１の画素群と第２の瞳領域を通過する光束を受光する第２の画素群とを有する光電変換手段と、
   前記第１の画素群により生成された第１の被写体像と前記第２の画素群により生成された第２の被写体像とに基づいて、前記結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
   前記第１の被写体像と前記第２の被写体像に対して、前記焦点検出手段の出力に基づいて補正演算を行う補正演算手段と、
   前記補正演算を前記焦点検出手段の出力に基づいて再度行うか否かを判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記補正演算手段は、前記結像光学系の第１の瞳領域に対応した第１の線像と前記結像光学系の第２の瞳領域に対応した第２の線像とを算出することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記補正演算手段は、前記第１の被写体像に前記第２の線像を畳み込み積分することにより第１の像信号を生成し、前記第２の被写体像に前記第１の線像を畳み込み積分することにより第２の像信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記補正演算手段は、前記第１の被写体像と前記第２の被写体像に対して、シェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
5. 被写体を結像する結像光学系と、
   前記結像光学系の第１の瞳領域を通過する光束を受光する第１の画素群と第２の瞳領域を通過する光束を受光する第２の画素群とを有する光電変換手段と、
   前記結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
   前記光電変換手段の第１の画素群により生成された第１の被写体像と第２の画素群により生成された第２の被写体像に対して、前記焦点検出手段の出力に基づいて補正演算を行う補正演算手段と、
   被写体像の出力に基づいて、特性の異なる複数の信号処理から、信号処理を選択する信号処理選択手段と、
   被写体像に、前記信号処理選択手段によって選択された信号処理を施す信号処理手段と、
   前記補正演算を前記焦点検出手段の出力に基づいて再度行うか否かを判定する判定手段とを有し、
   前記信号処理の選択は、前記判定手段によって再度の補正演算は行わないと判定されるより前には、前記補正演算が行われる前の信号に基づいて行われることを特徴とする焦点検出装置。
6. 前記信号処理手段は、特定の周波数成分の信号を増幅または減衰することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。
7. 前記信号処理の選択は、前記判定手段によって再度の補正演算は行わないと判定された後には、前記補正演算が行われた後の信号に基づいて行われることを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。