JP2013218137A - 焦点検出装置、その制御方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズによるケラレが発生している状態においても精度のよい焦点検出を実現させる。
【解決手段】撮影レンズの異なる射出瞳領域を通る光を各々受光する複数の焦点検出用画素を有する撮像素子の焦点検出用画素で生成される被写体の一対の像信号から算出される像ずれ量を用いて、前記一対の像信号を修正処理するための一対の像修正フィルタの重心合わせを行なって当該像修正フィルタを算出、算出された一対の像修正フィルタにより一対の像信号を修正して一対の修正像信号を生成し、この一対の修正像信号を用いて、撮影レンズの焦点ずれ量を検出する焦点検出装置。
【選択図】図１０

Description

本発明は、焦点検出装置に関し、特に電子カメラ等の撮像装置に利用される焦点検出装置およびその制御方法に関する。

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次元的に配置した撮像素子を有する固体撮像装置が特許文献１に開示されている。特許文献１の固体撮像装置では、通常の画像を撮影するときは、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。一方、撮影レンズの焦点位置を算出する時は、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一対の像信号を用いて、相関演算を行うことにより撮影レンズの焦点位置を算出している。

この様な構成において焦点位置を算出する際に用いる像を形成する光束が撮影レンズによるケラレが発生している場合、撮影レンズによるケラレによって像信号の非対称性（像の一致度の低下）が生じてしまう。そこで、特許文献２では、撮像装置に格納された特定の像修正フィルタを口径比、射出瞳位置、デフォーカス量によって変形して像信号に適用したのち、当該像信号を用いて焦点位置を算出する技術が開示されている。

特開平４−２６７２１１号公報 特開平５−１２７０７４号公報

従来例では、像修正フィルタは畳み込み積分により像信号に適用する為、像修正フィルタのピッチは像信号のピッチと一致させている。

しかしながら、像修正フィルタを生成した際、像修正フィルタの重心がずれてしまうことによって、像の非対称性を修正しきれず焦点検出精度が悪いという問題があった。そこで、本発明の目的は、焦点検出で用いる、像の非対称性を修正する像修正フィルタの重心ずれを軽減させ、精度のよい焦点検出を実現させることである。

本発明によれば、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通る被写体からの光を各々受光して前記被写体の一対の像信号を生成する複数の焦点検出用画素を有する撮像素子を有する焦点検出装置は、複数の焦点検出用画素によって生成される被写体の一対の像信号および当該一対の像信号から算出される像ずれ量を用いて、一対の像信号を修正処理するための一対の像修正フィルタの重心合わせを行って当該像修正フィルタを算出する像修正フィルタ算出手段と、像修正フィルタ算出手段で算出された一対の像修正フィルタを用いて、一対の像信号を修正処理して一対の修正像信号を生成する像修正処理手段と、像修正処理手段で生成された一対の修正像信号を用いて、撮影レンズの焦点ずれ量を検出する前記焦点検出手段を備える。

本発明によれば、合焦近傍においても像の非対称性を修正する像修正フィルタの重心ずれを軽減させ、精度のよい焦点検出を実現させることが可能となる。

本発明の実施形態に係わる焦点検出装置を有する撮像装置の部分構成図である。 カラーフィルタを有する撮像用画素および撮影光学系の構造を概念式的に示す図である。 撮像用画素の配列中に配置された焦点検出用画素および撮影光学系の構造を概念的に示す図である。 撮影光学系における瞳分割を概念的に示す図である。 焦点検出用画素の瞳強度分布の概念図である。 撮像素子の受光面の中央の配置された焦点検出用画素の瞳強度の概念図である。 本発明の実施形態に係わる撮像素子駆動回路の構成図である。 図７の駆動回路で得られる像信号を示す図である。 本発明の実施形態に係わる焦点検出動作のフローチャートを示す図である。 本発明の第１の実施例に係わる像修正フィルタの算出動作のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係わる像修正フィルタの算出動作において、像修正フィルタの重心合せの為のX座標の変更を概念的に示す図である。 本発明の実施形態に係わる像修正フィルタの算出動作において、像修正フィルタの重心合せの為の強度の算出を概念的に示す図である。 本発明の第２の実施例に係わる像修正フィルタの算出動作のフローチャートを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

〔第１の実施例〕
本発明の第１の実施例について、図１〜図１２を参照して以下に説明する。

焦点検出装置の構成
図１は本発明の焦点検出装置を用いた、例えば電子カメラなどの撮像装置の部分構成図である。本撮像装置は、撮像素子を有したカメラ本体１３８と、別体の撮影レンズ１３７とで構成されており、カメラ本体１３８に対して撮影レンズ１３７が交換可能な構成となっている。

まず撮影レンズ１３７の構成について説明する。１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第一レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞りで、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。１０３は第二レンズ群である。そして前記絞り１０２及び第二レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、前記第一レンズ群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、焦点検出を行なう。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、第一レンズ群１１１ないし第二レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りアクチュエータで、絞り１０２の開口径を制御して撮影光量を調節する。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検出を行なう。１３６はカメラ通信回路で、レンズに関する情報をカメラに渡したり、カメラに関する情報を受け取ったりする。レンズに関する情報とは、ズーム状態、絞り状態、フォーカス状態、レンズ枠情報等のことである。カメラ通信回路１３６は、カメラ側に設けられたレンズ通信回路１３５に、これらの情報を渡す。

次にカメラ本体１３８について説明する。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。該撮像素子は、横方向にｍ画素、縦方向に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。請求項中の光電変換手段とは、撮像素子１０７に対応する。１３９はシャッターユニットで、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。１４０はシャッター１３９を動かすためにシャッターアクチュエータである。１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、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補助光手段で、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ＣＰＵで、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(制御手段)。また、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の駆動、撮影、画像処理、ボケ復元処理、記録等の一連の動作の制御を実行する。

また、ＣＰＵ１２１では、本発明の焦点検出手段である撮像面位相差ＡＦに関する演算処理と、本発明の重心合わせ手段に関する演算処理と、像修正フィルタ算出手段と像修正処理手段が行われる。本発明が係わる撮像面位相差ＡＦに関する演算処理では、ＣＰＵ１２１は、該一対の像信号に対して相関演算を行うことで、それらの相対的な位置ずれを示す位相差を算出し、該位相差に基づいて撮影レンズ１の焦点状態（焦点ずれ量）を算出（検出）する。そして、ＣＰＵ１２１は、焦点ずれ量に基づいて、合焦状態を得るためにフォーカスレンズを移動させるべき量(駆動情報)を算出する(レンズ駆動手段)。１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明手段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補助光手段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(画像処理手段)。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検出を行なう。１２８は絞り駆動回路で、絞りアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り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。１３５はレンズ通信回路、撮影レンズ１３７内のカメラ通信回路１３６と通信を行なう。１４５はシャッター駆動回路で、シャッターアクチュエータ１４０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。１４４はカメラ内メモリであり、ＣＰＵ１２１で行なう演算に必要な各種データが保存されている。

撮像用画素、焦点検出用画素の構造
次に、本発明の焦点検出手段である撮像面位相差AFについて説明する。図２及び図３は、本発明の撮像素子１０７の画素配列に含まれる撮像用画素と撮像面位相差AFを行なう焦点検出用画素の構造を説明する図である。なお、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。しかし、撮像素子の受光部を2分割して、位相差検出方式を用いて焦点ずれ量を検出する技術が公開されており（例えば特開平０１−２１６３０６号公報参照）、本発明はこのような受光部を分割するような撮像素子においても同様の結果を得ることができる。Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢは、それぞれ第一の画素群、第二の画素群である。これらは、該ベイヤー配列の中に、所定の規則にて分散配置される。該第一の画素群、第二の画素群から得られた被写体像の位相差を用いて、ＣＰＵ１２１で焦点ずれ量が算出される。撮像用画素の間に、焦点検出用画素を離散的に配置する技術や、この焦点検出用画素を用いて焦点検出を行う技術は、開示されていて公知の技術であるため（例えば特開２０００−０２０６９１号公報参照）、ここでの説明は省略する。

撮像素子の瞳分割状況の概念
図４は、本実施形態における撮像素子による撮影レンズ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は像信号である。撮像用画素は図２の撮像素子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、図３の平面図と断面図を参照して同図に示すｘ方向に瞳分割を行なうための焦点検出用画素を説明したように、焦点検出用画素は瞳分割機能を有している。具体的には、図３(ａ)の画素Ｓ_ＨＡは+Ｘ方向の側の瞳を通過した光束、すなわち図４の射出瞳領域ＥＰ_ＨＡ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。なお、ここではｘ方向に輝度分布を有した被写体に対応した構成について説明したが、同様の構成をｙ方向にも展開することでｙ方向に輝度分布を有した被写体にも対応した構成をとることが可能である。

ケラレが生じない場合の瞳強度分布と線像分布関数
光束の射出瞳面内での強度分布を、以降では単に瞳強度分布と呼ぶ。図５は焦点検出用画素の瞳強度分布とその瞳強度分布から得られる線像分布関数を表した図である。図５(ａ)は焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、図５(ｂ)は焦点検出用画素Ｓ_ＨＢの特性を示している。図５のｘ軸、ｙ軸は図４のｘ軸、ｙ軸に対応している。図５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３(ａ)では説明をしやすくするため、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡの射出瞳をＥＰ_ＨＡ、焦点検出用画素Ｓ_ＨＢの射出瞳をＥＰ_ＨＢと、それぞれ分離して表した。しかし、図５に示すように、実際には、図３（ｂ）で示した開口部ＯＰ_ＨＡ及び開口部ＯＰ_ＨＢの開口部による回折の影響でぼけて広がり、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡと焦点検出用画素Ｓ_ＨＢの射出瞳は一部領域の重なる部分がある。図５（ｃ）は焦点検出用画素の線像分布関数を表した図である。これは図５（a）と図５（ｂ）の瞳強度分布をｙ方向に射影をとったものである。横軸は図５（ａ）、（ｂ）のｘ軸に対応し、縦軸は線像分布関数の強度を表している。原点Ｏが撮影レンズの光軸位置に対応している。

ここで、ある点光源が光学系の射出瞳を通過して結像面上に形成する点像の強度分布、いわゆる点像分布関数は、光学系が無収差の場合、射出瞳形状が結像面上に縮小投影されていると考えられる。そして、線像分布関数は、点像分布関数の射影であるので、瞳強度分布の射影を線像分布関数としている。図５(ｃ)に示すように、撮像素子中央の焦点検出用画素では、線像分布関数ＬＳＦ_ＡとＬＳＦ_Ｂは、光軸に対して略対称（像の形状が略一致）となる。また、線像分布関数ＬＳＦ_ＡとＬＳＦ_Ｂは、それぞれのｘ軸方向の重心位置を中心として、ｘ軸方向に略対称形となっている。

ケラレが生じた場合の瞳強度分布と線像分布関数
図６は図５の瞳強度分布に対して、撮影レンズによるケラレが生じた場合の瞳強度分布とその瞳強度分布から得られる線像分布関数を表した図である。図６(ａ)は焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、図６(ｂ)は焦点検出用画素Ｓ_ＨＢの撮影レンズによるケラレがある場合の瞳強度分布の特性を示している。そして、図５で示した焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢの瞳強度分布のうち、Ａｒｅａ１で表した形状の内側のみが焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢで受光される領域となる。図６(ｃ)は撮影レンズによるケラレが生じた場合の線像分布関数を表した図である。図６（ｃ）は図５（ｃ）と同様に図６（a）と図６（ｂ）の瞳強度分布をｙ方向に射影をとったものである。横軸は図５（ａ）、（ｂ）のｘ軸に対応し、縦軸は線像分関数の強度を表している。原点Ｏが撮影レンズの光軸位置に対応している。図６(ｃ)に示すように、撮像素子中央の焦点検出用画素では図５（ｃ）と同様に、線像分布関数ＬＳＦ_ＡａとＬＳＦ_Ｂｂは、光軸に対して略対称となる。しかし、図６（ａ）、（ｂ）に示すように瞳強度分布はＡｒｅａ１により一部が切り取られた状態となっているため、線像分布関数ＬＳＦ_ＡａとＬＳＦ_Ｂｂ全体をみると、それぞれのｘ軸方向の重心位置を中心として、ｘ軸方向に非対称形となっている。

撮像素子１０７と撮像素子駆動回路１２４の焦点検出のための構成
図７は、図１における撮像素子１０７と撮像素子駆動回路１２４の焦点検出構成を概略的に示す図である。なお図７では、分かりやすく説明するためにＡ／Ｄ変換部を省略してある。また、撮像素子については焦点検出用画素のみを示し、撮像用画素の駆動構成は省略してある。撮像素子１０７は、図３で説明した焦点検出用画素７０１ａと焦点検出用画素７０１ｂとで構成される焦点検出用画素７０１を複数有すると供に、撮影レンズで結像された被写体像を光電変換するための撮像用画素を複数含む。焦点検出用画素は、例えば撮像用画素の二次元配列の中に分散的に配置されている。焦点検出用画素７０１ａが焦点検出用画素Ｓ_ＨＡに、焦点検出用画素７０１ｂが焦点検出用画素Ｓ_ＨＢにそれぞれ対応する。撮像素子駆動回路１２４は、合成部７０２と、連結部７０３とを含む。また、撮像素子駆動回路１２４は複数の焦点検出用画素７０１を含むように、撮像素子１０７の撮像面にセクション（領域）ＣＳＴを複数割り当てる。そして、撮像素子駆動回路１２４はセクションＣＳＴの大きさ、配置、数等を適宜変更することができる。合成部７０２は、撮像素子１０７に割り当てられた複数のセクションＣＳＴの各々において、焦点検出用画素７０１ａからの出力信号を合成して１画素の第１の合成信号を得る処理を行なう。合成部７０２はまた、各セクションＣＳＴにおいて、焦点検出用画素７０１ｂからの出力信号を合成して１画素の第２の合成信号を得る処理を行なう。連結部７７は、複数のセクションＣＳＴにおいて、第１の合成信号である各焦点検出用画素を連結して第１の連結信号を得る処理と、第２の合成信号を連結して第２の連結信号を得る処理とを行なう。このように、焦点検出用画素７０１ａ及び７０１ｂのそれぞれに対して、セクション数の焦点検出用画素が連結された連結信号が得られる。ＣＰＵ１２１で第１の連結信号及び第２の連結信号に基づいて、撮影レンズのデフォーカス量を演算する。このように、セクション内に配置された同一の瞳分割方向における焦点検出用画素の出力信号を合成するため、焦点検出用画素７０１の１つ１つの輝度は小さい場合であっても、被写体の輝度分布を十分に検出することが可能となる。

撮像素子１０７より出力される像信号
図８は、図７の焦点検出用画素７０１、合成部７０２、連結部７０３により形成され、ＣＰＵ１２１へ送られる対の像信号を示す。図８において、横軸は連結された信号の画素並び方向を示し、縦軸は信号の強度である。像信号８３０ａは焦点検出用画素７０１ａで、像信号８３０ｂは焦点検出用画素７０１ｂでそれぞれ形成される信号である。そして、撮影レンズの焦点位置がデフォーカス状態であるため、像信号８３０ａは左側に、像信号８３０ｂは右側にずれた状態となっている。この像信号８３０ａ、８３０ｂの像ずれ量を相関演算によって算出することにより、撮影レンズの焦点ずれ量を知ることができる。ここで、本実施形態の焦点検出では、図６で説明した通り、撮影レンズによるケラレによって線像分布関数が重心に対して非対称となるので、焦点検出用画素で得られる像信号Ａと像信号Ｂにも非対称性が生じてしまう。言い換えると、像の一致度が低下してしまう。位相差方式の焦点検出においては、像の一致度の低下（非対称性）が生じている場合、像ずれ量を正確に算出することができない。そこで、本実施形態では、得られた像信号の非対称性を補正することで、この問題を解決する。

焦点検出のフローチャート
次に第１の実施例の焦点検出フローチャートについて図９のフローチャートを用いて説明する。なお、図９のフローチャートにおける動作はＣＰＵ１２１によって実行される。

ステップＳ９０１では、撮影レンズによるケラレ状態を知る為のレンズ情報を取得する。ステップＳ９０２では、各焦点検出用画素に対してＣＰＵ１２１のＲＯＭに保管されている瞳強度分布を読み出し、ステップＳ９０１で得られた撮影レンズによるケラレ状態を知る為のレンズ情報と合わせて線像分布関数LSF_A(j)、LSF_B(j)を算出する。ステップＳ９０３では、焦点検出位置での焦点検出用画素の像信号を読み出し、像信号ImgＡ(i)、像信号ImgＢ(i)が形成される。ステップＳ９０４ではステップＳ９０１で得られたレンズ情報と瞳強度分布を用いてステップＳ９０３で形成された像信号ImgＡ(i)と像信号ImgＢ(i)のシェーディングを予測し、シェーディング補正を行なう。ステップＳ９０５ではステップＳ９０３で形成された像信号ＩｍｇＡ(i)と像信号ＩｍｇＢ(i)に対して、ＣＰＵ１２１のＲＯＭに保管されているダーク値からダーク補正を行なう。ステップＳ９０６ではステップＳ９０５で得られたダーク補正後の像信号ＩｍｇＡ(i)とダーク補正後の像信号ＩｍｇＢ(i)を用いて、相関演算により像ずれ量に基づいて暫定デフォーカス量を算出する(相関演算手段)。ステップＳ９０７では、ステップS９０６で算出された暫定デフォーカス量をもとに、像修正フィルタを算出する。

ここで、像修正フィルタの算出については図１０から図１２を用いて説明する。なお、算出する像修正フィルタはFil_Aａ(i)、Fil_Bｂ(i)だが、算出方法が同じなので、Ｆｉl_Aａ(i)について説明しＦｉｌ_Bｂ(i)については説明を省略する。
このとき、CPU１２１に予め保持されている、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_pと線像分布関数LSF_Aａ(j)のピッチLSF_ｐとの大小関係で像修正フィルタの算出方法が異なる。
ステップＳ１００１では、ステップＳ９０２で作成した線像分布関数LSF_A(j)をステップＳ９０６で算出した暫定デフォーカス量に応じて変形させ、LSF_Aａ(j)を算出する。次にステップＳ１００２からステップＳ１００６について図１１、図１２を用いて説明する。
ステップＳ１００２では、CPU１２１に予め保持されている、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_pと線像分布関数LSF_Aａ(j)のピッチLSF_ｐとの大小関係を比較する。像修正フィルタは線像分布関数から、サンプリングピッチFil_pでサンプリングを行って算出する。その為、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_pが線像分布関数LSF_Aａ(j)のピッチLSF_ｐよりも大きい場合、粗いサンプリングによって、像修正フィルタと線像分布関数LSF_Aa(j)の重心ずれが起こってしまう。そこで、重心ずれを補正する為にステップＳ１００３からステップＳ１００５を行う。また、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_pが線像分布関数LSF_Aａ(j)のピッチLSF_ｐよりも小さい場合、細かいサンプリングによって、像修正フィルタは線像分布関数LSF_Aa(j)を補間する値を取得する為、重心ずれが起こらない。このような場合、重心ずれを補正するステップＳ１００３からステップＳ１００５を行わず、ステップＳ１００６へと移行する。
ステップＳ１００３は、ステップＳ１００２での比較の結果、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_pが線像分布関数LSF_Aａ(j)のピッチLSF_ｐよりも大きい場合に行われる。まずステップＳ１００１で作成した線像分布関数LSF_Aａ(ｊ)の重心X座標Cog_XAａを算出する。さらに、ステップＳ１００１で作成した線像分布関数LSF_Aａ(ｊ)をCPU１２１に予め保持されていたサンプリングピッチFil_p毎にサンプリングして得られるLSF_Aａａ(i)の重心X座標Cog_XAａａを算出する。
そして、算出した２つの重心Cog_XAａ、Cog_XAａａから重心差ΔCog_XAを算出する。ステップＳ１００４では、ステップＳ１００３で算出した重心差ΔCog_XAを用いて、像修正フィルタ長を算出する。この算出する像修正フィルタ長は、重心差ΔCog_XAと説明を省略しているΔCog_XBとを用いて、両像修正フィルタを含むように設定する。ステップＳ１００５では、像修正フィルタFil_A(i)のX座標Fil_XA(i)を算出する。ステップＳ１００１で変形させた線像分布関数LSF_Aａａ(i)、LSF_Bｂｂ(i)共通のX座標LSF_XA(i)からステップＳ１００３で算出した重心差ΔCog_XAを引いて、像修正フィルタのX座標Fil_XA(i)を算出する。ステップＳ１００６では、重心合わせ後の像修正フィルタの値Fil_A(i)を算出する。

重心合わせ後の像修正フィルタの値Fil_A(i)の算出方法について図１２を用いて説明する。ステップＳ１００４で算出されたフィルタ長における強度をCPU１２１に予め保持されている、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_p毎にステップＳ１００１で変形させた線像分布関数LSF_Aａ(ｊ)の面積を積分して算出する。このとき、CPU１２１に予め保持されている、像修正フィルタのサンプリングピッチFil_pと線像分布関数LSF_Aａ(j)のピッチLSF_ｐとの大小関係で、像修正フィルタのX座標Fil_XA(i)が変わる為、積分範囲が異なる。
図１２はFil_p＞LSF_pの場合について説明している図である。このとき、算出するi番目の像修正フィルタFil_A(i)の値はFil_A(i)を中心に±Fil_p/2の範囲にある線像分布関数LSF_Aａ(j)の面積を積分して算出される。このようにして、ステップＳ１００４で算出した像修理フィルタ長だけ面積を計算していき、重心合わせ後の像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の値を算出する。ステップＳ１００７では、像修正後の光量差をなくすために、像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の面積を揃える。ステップS１００６で算出された、重心合わせ後の像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)各々の正規化を行い、強度を揃えて像修正フィルタFil_Aａ(i)、Fil_Bｂ(i)を算出する。そして、一連の像修正フィルタ算出サブフローが終了して、図９のステップS９０８へ進む。

ステップＳ９０８では、ステップＳ９０７で算出された像修正フィルタFil_Aａ(i)、Fil_Bｂ(i)をそれぞれ像信号ImgＡ(i)、像信号ImgＢ(i)に畳み込み積分して、修正像信号ReImgA(i)、修正像信号ReImgB(i)を生成する。ステップＳ９０９ではステップＳ９０８で算出された修正像信号ReImgA(i)、修正像信号ReImgB(i)を用いて、それぞれステップＳ９０６と同様に、公知の相関演算により像ずれ量を算出する。そして、像ずれ量に基づいて、撮影レンズの焦点ずれ量を算出する。以上のようにして、一連の焦点検出動作が終了する。

以上のように第１の実施形態によれば、像修正フィルタの重心を合わせることでデフォーカス量を算出する為に最適な像修正フィルタを設定することができた。

また、像修正フィルタの重心を合わせることで合焦近傍における像修正フィルタの折り返し歪の影響を軽減させた像信号の修正ができた。

さらに、像修正フィルタの重心を合わせることで合焦近傍における像修正フィルタの折り返し歪の影響を軽減させた像信号の修正ができることで、より高精度な焦点検出を行なうことができた。

なお、第１の実施形態では相関演算に像ずれ方式を用いたが、他の方法を用いたとしても同様の結果が得られる。

〔第２の実施例〕
第２の実施例は、第１の実施例の変形例である。以下、本発明の第２の実施例について、図９および図１３を参照して説明する。

第１の実施例では、像修正フィルタLSF_A(i)、LSF_B(i)の重心を合わせていた。それに対して、デフォーカス量に応じて、像修正フィルタの重心を合わせるか否かを切り替えることが第２の実施例の特徴である。なお、図１３のフローチャートに従った動作はＣＰＵ１２１によって実行される。

第２の実施例の焦点検出動作は、第１の実施例と同様に図９のフローチャートに従って実行される。本実施例の動作で第１の実施例と異なるのは、Ｓ９０７の像修正フィルタ算出の動作である。従って、本実施例では像修正フィルタの算出動作のみ説明し、Ｓ９０１からＳ９０６の説明は省略する。

図１３は、本実施例に係わる像修正フィルタの算出動作のフローチャートを示す。本実施例同図を参照して、図９のステップS９０６で算出された暫定デフォーカス量をもとに、像修正フィルタを算出する本実施例の動作を説明する。

ステップＳ１３０１では、ステップＳ９０６で算出した暫定デフォーカス量に応じて、ステップＳ９０２で作成した線像分布関数LSF_A(i)、LSF_B(i)を変形させる。ステップＳ１３０２では、ステップＳ９０６で算出した暫定デフォーカス量が設定された閾値よりも大きいか否かを判定する。暫定デフォーカス量が設定された閾値よりも大きいと判定されれば像修正フィルタLSF_A(i)、LSF_B(i)の重心を合わせるため、ステップＳ１３０３へ進む。また、暫定デフォーカス量が設定された閾値以下と判定されれば、像修正フィルタLSF_A(i)、LSF_B(i)の重心合わせを行わない為、ステップＳ１３０７へ進む。ステップS１３０３からステップＳ１３０６までのステップについては、第一の実施例と同じである為、ここでの説明を省略する。ステップＳ１３０７では、ステップＳ１３０６と同様に、ステップＳ１３０６で算出された、重心合わせ後の像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の面積を計算し、強度を揃えて像修正フィルタFil_Aａ(i)、Fil_Bｂ(i)を算出する。そして、一連の像修正フィルタ算出動作を終了したら、図９のメインフローに戻りステップS９０８を実行する。ステップＳ９０８では、図１３の動作に従って算出された像修正フィルタFil_Aａ(i)、Fil_Bｂ(i)をそれぞれ像信号ImgＡ(i)、像信号ImgＢ(i)に畳み込み積分して、修正像信号ReImgA(i)、修正像信号ReImgB(i)を得る。ステップＳ９０９ではステップＳ９０８で算出された修正像信号ReImgA(i)、修正像信号ReImgB(i)を用いて、それぞれステップＳ９０６と同様に、公知の相関演算により像ずれ量を算出する。そして、像ずれ量に基づいて、撮影レンズの焦点ずれ量を算出する。以上のようにして、一連の焦点検出フローを終了する。

ここで、デフォーカス量に応じて像修正フィルタの重心合わせを行う理由について説明する。デフォーカス量が大きい時には、像修正フィルタを表す画素が多くなり、サンプリングによって作成される像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の形状をある程度正確に表すことができる。その為、像修正処理手段により像信号ImgA(i)、ImgB(i)の非対称性が軽減され、精度よくデフォーカス量を算出することができる。一方、デフォーカス量が小さい時には像修正フィルタを表す画素が少なくなり、サンプリングによって折り返し歪が生じてしまい、像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の形状を正確に表すことができない。その為、作成された像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の重心がずれてしまう。そして、像修正処理手段を行った際に像信号ImgA(i)、ImgB(i)の非対称を修正しきれず、精度よくデフォーカス量を算出することができない。以上の理由から、デフォーカス量に応じて、像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の重心を合わせすることが望ましい。そうすることで、像修正フィルタのサンプリング時における、折り返し歪で像修正フィルタFil_A(i)、Fil_B(i)の重心位置が変化することを軽減させることが可能となる。

以上のように第２の実施形態によれば、暫定デフォーカス量に応じて像修正フィルタの重心位置合わせ処理を行うか否かを判定することで第１実施形態と比較して高速化することができた。

なお、第１の実施形態では相関演算に像ずれ方式を用いたが、他の方法を用いたとしても同様の結果が得られる。

また、上述した実施形態において図９、１０および１３に示した各処理は、各処理の機能を実現する為のプログラムをメモリから読み出して制御部１２１のＣＰＵが実行することによりその機能を実現させるものである。

尚、上述した構成に限定されるものではなく、図９、１０および１３に示した各処理の全部または一部の機能を専用のハードウェアにより実現してもよい。また、上述したメモリは、光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、ＣＤ−ＲＯＭ等の読み出しのみが可能な記録媒体、ＲＡＭ以外の揮発性のメモリから構成されてよい。また、それらの組合せによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記録媒体より構成されてもよい。

また、図９、１０および１３に示した各処理の機能を実現する為のプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各処理を行っても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。具体的には、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含む。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発メモリ（ＲＡＭ）である。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現する為のものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

また、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体およびプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することはなく、様々な形で実施することが出来る。

Claims (13)

1. 撮影レンズの異なる射出瞳領域を通る被写体からの光を各々受光して前記被写体の一対の像信号を生成する複数の焦点検出用画素を有する撮像素子を有する焦点検出装置であり、
   前記複数の焦点検出用画素によって生成される前記被写体の一対の像信号および当該一対の像信号から算出される像ずれ量を用いて前記一対の像信号を修正処理するための一対の像修正フィルタの重心合わせを行い、当該像修正フィルタを算出する像修正フィルタ算出手段と、
   前記像修正フィルタ算出手段で算出された一対の像修正フィルタを用いて、前記一対の像信号を修正処理して一対の修正像信号を生成する像修正処理手段と、
   前記像修正処理手段で生成された一対の修正像信号を用いて、前記撮影レンズの焦点ずれ量を検出する前記焦点検出手段、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記像修正フィルタ算出手段は、前記像ずれ量に従って前記一対の像信号を変形し、当該変形された像信号から得られる重心差を用いて前記像修正フィルタの重心合わせを行なうことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記像修正フィルタ算出手段は、前記変形された像信号を前記像修正フィルタのサンプリングピッチでサンプリングし、当該サンプリングされた像信号の重心と前記変形された像信号の重心から前記重心差を算出し、前記像修正フィルタのサンプリングピッチは前記一対の像信号のピッチとは異なることを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記像修正フィルタ算出手段は、前記像修正フィルタのサンプリングピッチと前記一対の像信号のピッチとを比較し、当該比較の結果に従って重心合わせを行なって前記像修正フィルタを算出することを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
5. 前記一対の像信号の相関演算により算出した位相差に基づいて前記一対の像信号から前記像ずれ量を算出する相関演算手段を備え、前記相関演算手段は、前記一対の修正像信号に対する相関演算により算出した位相差に基づいて前記焦点ずれ量を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
6. 前記焦点検出手段で検出された前記焦点ずれ量に基づいて、前記撮影レンズの駆動情報を生成するレンズ駆動手段を備える特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
7. 前記像修正フィルタ算出手段は、前記焦点ずれ量に応じて、前記重心合わせを行うか否かを切り替えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記撮像素子に含まれる複数の撮像用画素により前記被写体からの光を受光して像信号を生成して出力する撮像手段と、
   前記撮像手段が出力した前記像信号を処理する画像処理手段と、
   前記焦点検出装置、撮像手段および画像処理手段を制御して前記被写体の撮影を行なう制御手段
   を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 撮影レンズの異なる射出瞳領域を通る被写体からの光を各々受光して前記被写体の一対の像信号を生成する複数の焦点検出用画素を有する撮像素子を用いた焦点検出方法であり、
   前記複数の焦点検出用画素によって生成される前記被写体の一対の像信号および当該一対の像信号から算出される像ずれ量を用いて前記一対の像信号を修正処理するための一対の像修正フィルタの重心合わせを行い、当該像修正フィルタを算出する像修正フィルタ算出ステップと、
   前記像修正フィルタ算出ステップで算出された一対の像修正フィルタを用いて、前記一対の像信号を修正処理して一対の修正像信号を生成する像修正処理ステップと、
   前記像修正処理ステップで生成された一対の修正像信号を用いて、前記撮影レンズの焦点ずれ量を検出する前記焦点検出ステップ、
   を備えることを特徴とする焦点検出方法。
10. コンピュータを、
    撮影レンズの異なる射出瞳領域を通る被写体からの光を各々受光して前記被写体の一対の像信号を生成する複数の焦点検出用画素を有する撮像素子を有する焦点検出装置の制御方法において、
    前記複数の焦点検出用画素によって生成される前記被写体の一対の像信号および当該一対の像信号から算出される像ずれ量を用いて前記一対の像信号を修正処理するための一対の像修正フィルタの重心合わせを行い、当該像修正フィルタを算出する像修正フィルタ算出手段と、
    前記像修正フィルタ算出手段で算出された一対の像修正フィルタを用いて、前記一対の像信号を修正処理して一対の修正像信号を生成する像修正処理手段と、
    前記像修正処理手段で生成された一対の修正像信号を用いて、前記撮影レンズの焦点ずれ量を検出する前記焦点検出手段、
    として機能させるプログラム。
11. 請求項１０のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
12. コンピュータを、請求項１乃至８のいずれか一項に記載された焦点検出装置の各手段として機能させるプログラム。
13. コンピュータを、請求項１乃至８のいずれか一項に記載された焦点検出装置の各手段として機能させるプログラムを格納した記録媒体。