JP5237077B2 - 焦点検出装置及びその制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ等に搭載される撮影データ取得用の固体撮像素子そのものを用いて、位相差方式による焦点検出を行う技術に関するものである。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置における自動焦点制御（ＡＦ：オートフォーカス）技術の普及により、焦点検出装置の存在は重要性を増しており、その性能の向上に注力されている。

焦点検出装置における焦点検出方法としては、コントラスト法や位相差法等様々な方法が提案されている。特に、即応性を求める一眼レフ方式のカメラにおいては、専用に焦点検出用の光学系及びセンサを配置した位相差法による焦点検出が広く採用されている。

図１は、専用に焦点検出用の光学系及びセンサを配置した従来の位相差法による焦点検出装置の要部を示した図である。この焦点検出装置では、撮影光学系１の光束の結像面２６に対してセンサ周辺の光学特性も考慮してコンデンサレンズ２２を挿入している。コンデンサレンズ２２を通過した光は、瞳マスクにより作られる開口瞳でセパレータレンズ２４を通過し、焦点検出用センサ２５上に２像（Ａ像、Ｂ像）を結像する。

２像のセンサ上でのずれ（プレディクション量：Ｌ０に対するＬ１，Ｌ２の差の距離）は、撮影光軸上の合焦面からのずれ（デフォーカス量）と比例関係に近似することが出来る。そこで、センサ上での２像の相関値が最大となる位置からプレディクション量を求め、比例関係を利用してデフォーカス量を求めることで、焦点検出を行うのが位相差法による焦点検出である。

特許文献１（特開２００６−２１５２８６号公報）は、専用光学系及びセンサを用いた位相差法による焦点検出装置について記載している。特許文献１は、焦点検出用のエリア別センサを複数有し、そのセンサ毎に順に相関値を得るハードウェアと、相関演算の終了時に割り込みを発生する割り込み発生部とを有している。そして、エリア別の相関演算とその他のソフトウェアによる処理とを効率的に並行して実行する焦点検出装置を提供する。

位相差法による焦点検出装置の構成例としては、従来専用の光学系及びセンサを用いた位相差法の構成の他に、画像情報取得用の固体撮像素子上に焦点検出用の画素を複数設け、それらの画素からの情報に基づき焦点検出処理を実行するものが提案されている。

特許文献２（特開２０００−１５６８２３号公報）は、固体撮像装置及びその制御方法及び撮像装置及び光電変換画素の基本配列及び記憶媒体について記載している。図２は、特許文献２における光電変換画素の配列を示す図である。光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換画素が二次元的に配列された固体撮像装置において、光電変換画素群のうち少なくとも一部の画素Ｓ１，Ｓ２が、画像信号を形成するため以外の信号を出力する様に構成される。

図３、図４は特許文献２における焦点検出用画素の様子を示した図である。図３、図４において、２１６はマイクロレンズ、２１４は遮光膜、２０７は光電変換素子である。マイクロレンズ２１６には撮影レンズからの光が入射するが、光電変換素子２０７に入射する光は遮光膜２１４により制限され、特定の方向から入射する光束のみとなる。焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ遮光膜２１４の開口部の光軸に対する位置が異なっており、焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２は、撮影レンズの射出瞳の異なる瞳領域からの光を受光する。そして、焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２のそれぞれから得られる像信号の相関を演算することにより位相差方式の焦点検出を行うことができる。

ところで、撮影光学系においては、撮影レンズの光軸付近と、光軸よりも離れた側の受光部において、固体撮像素子に入射される光の入射角が異なることにより、入射光にケラレが発生し、そのため光軸より離れた部分の受光部の感度が低下する問題がある。これは、いわゆるシェーディングとして知られている。上記の入射角は撮影レンズの射出瞳位置や絞りに依存するため、結果的にシェーディングは射出瞳位置や絞りによって変化する。シェーディングの原理に関しては、特許文献３（特開平５−２８３６６１号公報）等に詳しく述べられているため、ここでは詳細な説明は省略する。

このシェーディングの問題は、画像情報取得用の固体撮像素子上に焦点検出用の画素を複数設けた構成の焦点検出装置においても同様に生じる。特許文献４（特開２００４−１９１６２９号公報）は、前述の構成におけるシェーディング補正に関する提案である。この提案では、焦点検出時に、Ａ像信号とＢ像信号の一致度を向上させるためＡ像信号、Ｂ像信号の夫々に生じているシェーディングを補正してから両像の相関演算を行う。シェーディング補正時には、予めレンズ内のメモリに格納されているレンズ固有情報を読み出す。レンズ固有情報には、撮影レンズのＦナンバー情報や撮影レンズの射出瞳情報、射出瞳半径などが含まれている。このレンズ固有情報と検出された焦点情報、Ａ像信号、Ｂ像信号の強度比から計算によってシェーディング補正用データを求める。
特開２００６−２１５２８６号公報 特開２０００−１５６８２３号公報 特開平５−２８３６６１号公報 特開２００４−１９１６２９号公報

しかしながら、特許文献４で開示されているシェーディング補正用データの作成方法では、レンズ固有情報を調整値として予め保持しておかなければならず、そのためのメモリが必要になることから、実装規模がその分増加し、コストアップの要因になる。

また、画像情報取得用の固体撮像素子の配列上に焦点検出用の画素を配置し、焦点検出用画素情報を用いた位相差方式による焦点検出装置においては、イメージセンサ全域で多数の焦点検出用画素を設けている。そのため、焦点検出用画素全点においてシェーディング補正の計算を行うとなると、計算量が膨大になり処理に時間を要する。

従って、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、画像情報取得用の固体撮像素子上に焦点検出用の画素を複数設けた構成の焦点検出装置において、シェーディングの補正を効率よく行なえるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる焦点検出装置は、撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第１の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である前記第１の射出瞳領域とは異なる第２の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第２の画素群とを有する撮像素子と、前記第１の画素群から取得された第１の像信号の低周波成分から第１のゲイン情報を取得する第１のゲイン情報取得手段と、前記第２の画素群から取得された第２の像信号の低周波成分から第２のゲイン情報を取得する第２のゲイン情報取得手段と、前記第１のゲイン情報を用いて前記第２の像信号のゲイン補正を行うとともに、前記第２のゲイン情報を用いて前記第１の像信号のゲイン補正を行う補正手段と、補正された第１の像信号と第２の像信号を用いて、前記第１の像信号と前記第２の像信号の位相差を求める位相差算出手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係わる焦点検出装置の制御方法は、撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第１の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である前記第１の射出瞳領域とは異なる第２の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第２の画素群とを有する撮像素子を備える焦点検出装置を制御する方法であって、前記第１の画素群から取得された第１の像信号の低周波成分から第１のゲイン情報を取得する第１のゲイン情報取得工程と、前記第２の画素群から取得された第２の像信号の低周波成分から第２のゲイン情報を取得する第２のゲイン情報取得工程と、前記第１のゲイン情報を用いて前記第２の像信号のゲイン補正を行うとともに、前記第２のゲイン情報を用いて前記第１の像信号のゲイン補正を行う補正工程と、補正された第１の像信号と第２の像信号を用いて、前記第１の像信号と前記第２の像信号の位相差を求める位相差算出工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、画像情報取得用の固体撮像素子上に焦点検出用の画素を複数設けた構成の焦点検出装置において、シェーディングの補正を効率よく行なうことが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態における固体撮像素子の画素配置は、既に図２乃至図４で説明したものと同様であるものとする。

具体的には、画像信号を得るための固体撮像素子は、図２に示すように、撮影レンズにより結像された光学像を電気信号に変換する光電変換画素が二次元的に配列されている。そして、光電変換画素群のうち少なくとも一部の画素Ｓ１，Ｓ２が、画像信号を形成するため以外の信号を出力する画素（具体的には焦点検出用画素）として構成される。また、焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２は、図３、図４に示すように、マイクロレンズ２１６、遮光膜２１４、光電変換素子２０７を備えている。マイクロレンズ２１６には撮影レンズからの光が入射するが、光電変換素子２０７に入射する光は遮光膜２１４により制限され、特定の方向から入射する光束のみとなる。焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ遮光膜２１４の開口部の光軸に対する位置が異なっており、焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２は、撮影レンズの射出瞳の異なる瞳領域からの光を受光する。そして、焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２のそれぞれから得られる像信号の相関を演算することにより位相差方式の焦点検出を行うことができる。

言い換えれば、固体撮像素子は、撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第１の画素群Ｓ１と、撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域とは異なる第２の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第２の画素群Ｓ２と、撮影レンズの少なくとも第１の射出瞳領域及び第２の射出瞳領域を含む射出瞳領域からの被写体像を光電変換する撮像用の第３の画素群とを有するということができる。

図５は、図２に示す固体撮像素子において焦点検出用画素の配置をよりわかりやすく示す図である。図５においてＲ，Ｇ，Ｂは夫々固体撮像素子上の撮像用光電変換画素である。Ｓｉ１（ｉ＝１，２，３，…）は固体撮像素子上に複数配置された焦点検出用画素（Ａ像信号用）、Ｓｉ２（ｉ＝１，２，３，…）は同様に焦点検出用画素（Ｂ像信号用）である。焦点検出用画素Ｓｉ１及びＳｉ２は、同一のｉにおいて対になるものであり、夫々から取得された像信号をＡ像信号及びＢ像信号として扱う。

図６は、本発明の第１の実施形態に係わる焦点検出回路の構成を示す要部ブロック図である。

図６において、１００は焦点検出回路の全体を示している。１０１は焦点検出用画素Ｓ１から得られたＡ像信号（第１の像信号）から低周波成分を取得するためのローパスフィルタである。また、１０２は焦点検出用画素Ｓ２から得られたＢ像信号（第２の像信号）から低周波成分を取得するためのローパスフィルタである。

１０３はＡ，Ｂ２つの像信号を入力として、それらの相関値を算出するための相関演算処理部である。

１０４は相関演算処理部で検出された相関値からＡ像信号とＢ像信号の位相差を検出しデフォーカス量を求めるためのデフォーカス量算出処理部（位相差算出部）である。またデフォーカス量算出処理部は不図示のＡＦ制御部に接続されている。

シェーディングが発生する場合、焦点検出用画素に対応する撮影レンズの瞳領域から入射する光束の光軸から焦点検出用画素の周辺に向かって緩やかに感度が減少する。

図７は、図２乃至図５に示す焦点検出用画素でシェーディングが発生している様子を示した図である。

図７において、６００は被写体像であり、Ｓ１は図４、図５中で図示した焦点検出用画素（Ａ像信号検出用）であり、Ｓ２は図４、図５中で図示した焦点検出用画素（Ｂ像信号検出用）である。

６０１は焦点検出用画素Ｓ１によって得られた被写体像６００のＡ像信号であり、焦点検出用画素の遮光膜開口側の感度が高く、開口部から離れるに従って感度が下がっていく。６０２はＡ像信号６０１を前述のローパスフィルタ１０１（第１のゲイン情報取得部）に通して得られるゲイン情報である。６０３は焦点検出用画素Ｓ２によって得られた被写体像６００のＢ像信号であり、６０４はＢ像信号６０３を前述のローパスフィルタ１０２（第２のゲイン情報取得部）に通して得られるゲイン情報である。

図７で示すように、焦点検出用画素の開口位置の違いにより感度の減衰の様子が異なるため、この状態でＡ像信号とＢ像信号との相関を求めても一致度が低い。そのためＡ像信号とＢ像信号で感度合わせを行い、信号を正規化しておく必要がある。

図８は、像信号の正規化の様子を示した図である。なお以下の説明ではＢ像信号側をＡ像信号側の感度に合わせることを前提にしているが、実施にあたってはＡ像信号をＢ像信号に合わせるようにしてもよく、特に限定されるものではない。

まず図８において、Ａ像信号のゲイン情報６０２をＢ像信号のゲイン情報６０４で除算することで急峻なカーブを持つゲイン比７１０を得る。次にゲイン比７１０にＢ像信号６０３を乗算すると正規化されたＢ像信号７１１が求められる。このように正規化（ゲイン補正）しておくことで、次段の相関演算処理におけるＡ像信号とＢ像信号の一致度を上げることが出来る。

このとき、Ａ像信号とＢ像信号間の位相差が、Ａ像信号のゲイン情報６０２及びＢ像信号のゲイン情報６０４に影響しないよう（位相差が夫々のゲイン情報に顕著に影響しないよう）、ローパスフィルタ１０１及びローパスフィルタ１０２におけるフィルタの係数を調整する。

次に、正規化されたＢ像信号７１１とＡ像信号は相関演算処理部１０３に入力され、両信号の相関値を求める。デフォーカス量算出処理部１０４は、相関演算処理部１０３で算出された相関値から、実際のデフォーカス量を求める。求められたデフォーカス量は不図示のＡＦ制御部に通知され、自動的に焦点制御が行われる。

以上のように、Ａ像信号及びＢ像信号夫々のゲイン情報取得及び像信号正規化は、固体撮像素子から信号を読み出す際の垂直走査周期毎に行うことで、例えば焦点距離やＦ値の変更が生じた場合でも、その都度のゲイン情報を常に取得し続けることが出来る。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、相関演算におけるＡ像信号とＢ像信号の一致度を上げるため、Ｂ像信号の感度をＡ像信号に合わせる正規化を行った。この正規化の過程でＡ像信号のゲイン情報をＢ像信号のゲイン情報で除算しているが、一般にプロセッサ等で除算処理を行った場合、演算に時間を要することもある。本実施形態では、除算処理を行わずに第１の実施形態における正規化処理と等価な処理を実現する構成について説明する。

図９は、第２の実施形態に係わる焦点検出回路の構成を示す要部ブロック図である。

図９において、１００は焦点検出回路の全体を示している。またローパスフィルタ１０１、ローパスフィルタ１０２、相関演算処理部１０３、デフォーカス量算出部１０４は、前述の図６に示したものと同等のものであるため、ここではブロック毎の機能説明は省略する。

図９において、まず焦点検出用画素Ｓ１から得られたＡ像信号をローパスフィルタ１０１に通すことにより、このＡ像信号におけるゲイン情報を取得する。また、同様にＢ像信号をローパスフィルタ１０２に通すことにより、Ｂ像信号におけるゲイン情報を取得する。

次に、Ａ像信号及びＢ像信号間の感度合わせによる信号正規化を行う。本実施形態では第１の実施形態とは異なり、計算負荷の低減のため、正規化に除算を導入しない方法について説明する。

図１０は除算を導入しない信号正規化の様子を具体的に説明した図である。図１０において、前述のＡ像信号６０１に対し前述のＢ像信号のゲイン情報６０４を乗算する。すると、Ｂ像信号のゲイン情報６０４のゲインカーブはＡ像信号のゲイン状態に対して、像高方向に逆向きであるため、Ａ像信号全体で感度が平滑な、補正されたＡ像信号９００を得ることができる。

同様に前述のＢ像信号６０３に対し前述のＡ像信号のゲイン情報を乗算することで、前述と同様の原理によりＢ像全体で感度が平滑な、補正されたＢ像信号９０１が得られる。

このように互いのゲイン情報を乗算しあうことで感度合わせされた夫々の像信号を求めることにより感度の正規化を実現出来る。

このようにして補正されたＡ像信号９００と補正されたＢ像信号９０１を求めた後、これら２つの像信号を次段の相関演算処理部１０３に入力し、相関値を算出する。補正の結果感度合わせが成されたこれらの像信号を入力として用いることにより、相関演算処理部１０３における像信号の一致度を上げることが可能になる。以降の処理は第１の実施形態と同様である。

以上、第１及び第２の実施形態で示したように、焦点検出用画素で検出した像信号から、その像信号のゲイン情報をローパスフィルタで求めておき、これを用いた単純な剰余処理によって夫々の像信号間の感度合わせを簡易に実現できる。そのため、高速に信号の補正処理を行うことが出来る。これは、画像情報取得用の固体撮像素子の配列上に焦点検出用の画素を配置し、焦点検出用画素情報を用いた位相差方式による焦点検出のように、焦点検出用画素の数が多い場合等においては特に有効である。

またレンズ固有情報を持たないため、予めこれらのデータを調整値として持つ必要が無い。

（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、主にハードウェアで実現するための構成に関して説明した。本実施形態では、ソフトウェアでの実現方法の例について説明する。

図１１は、第２の実施形態における除算を排した補正像取得方法に基づくソフトウェア処理手順の一例を示したフローチャートである。

既に述べたように図５は、固体撮像素子上での焦点検出用画素の配置を示す図である。図５においてＲ，Ｇ，Ｂは夫々撮影用固体撮像素子上の撮像用光電変換画素である。Ｓｉ１（ｉ＝１，２，３，…）は固体撮像素子上に複数配置された焦点検出用画素（Ａ像信号用）、Ｓｉ２（ｉ＝１，２，３，…）は同様に焦点検出用画素（Ｂ像信号用）である。焦点検出用画素Ｓｉ１及びＳｉ２は、同一のｉにおいて対になるものであり、夫々から取得された像信号をＡ像信号及びＢ像信号として扱う。

図１１において、先ずステップＳ１００１において、画像取得用固体撮像素子上に複数点存在する焦点検出用画素の１番目の画素を選択する。そして、ステップＳ１００２で１番目の焦点検出用画素（Ａ像信号用）Ｓ１１からＡ像信号を読み出し、不図示のメモリに格納する。次にステップＳ１００３でローパスフィルタを用いて、検出したＡ像信号からＡ像信号のゲイン情報を取得する。さらにステップＳ１００４で１番目の焦点検出用画素（Ｂ像信号用）Ｓ１２からＢ像信号を読み出し、不図示のメモリに格納する。次にステップＳ１００５でローパスフィルタを用いて、検出したＢ像信号からＢ像信号のゲイン情報を取得する。

ステップＳ１００６において、検出されたＡ像信号と、Ｂ像信号のゲイン情報を乗算して補正されたＡ像信号を取得し、不図示のメモリに格納する。同様に、ステップＳ１００７において、検出されたＢ像信号と、Ａ像信号のゲイン情報を乗算して補正されたＢ像信号を取得し、不図示のメモリに格納する。

ステップＳ１００８で全焦点検出用画素の走査が完了したかどうかを確認し、もし完了していなければステップＳ１００９で次の焦点検出画素を選択し、全点走査が完了するまで繰り返す。

焦点検出用画素の全点について走査完了後、不図示のメモリ上には焦点検出用画素全点分の補正されたＡ像信号及び焦点検出用画素全点分の補正されたＢ像信号が夫々格納されている。ステップＳ１０１０で、これらの補正されたＡ像信号及びＢ像信号の相関を算出し、ステップＳ１０１１で相関が最大であれば、合焦していると判断し処理を終了する。もし相関が最大でなければ、ステップＳ１０１２において、算出されたＡ像信号とＢ像信号のずれ量を元に、不図示の焦点制御機構を駆動して焦点位置を変更した後、再びステップＳ１００１から繰り返す。

本実施形態では、相関演算は全ての焦点検出用画素から、補正されたＡ像信号及びＢ像信号を一旦全て検出した後、全ての補正されたＡ像信号の集合と全ての補正されたＢ像信号の集合に対して相関演算を実施するような処理フローになっている。しかし、実施にあたっては、一対の焦点検出用画素Ｓｉ１及びＳｉ２から一対の補正されたＡ像信号及び補正されたＢ像信号を取得する毎に相関演算を行い、個別に得られた相関の集合から最終的な相関を判断しても良い。

（第４の実施形態）
第１の実施形態では、Ａ像信号及びＢ像信号夫々のゲイン情報取得及び像信号正規化を行なう契機として、固体撮像素子から信号を読み出す際の垂直走査周期毎に行なうことを一例として述べた。これに対し、ここでは更に別の実施形態として、撮影光学系の状態変化を契機に（状態の変更毎に）Ａ像信号及びＢ像信号夫々のゲイン情報取得及び像信号正規化を行なう場合について説明する。

シェーディングは、一般に撮影レンズの射出瞳位置及び絞りに依存して発生する。従ってズーム操作や絞り調整によって、射出瞳位置及び絞りが変更されると、シェーディングの状態が変化する。

図１２はこのことに基づいた実施形態を示す図であり、撮影レンズの状態変化を契機に、新たなシェーディング状態を反映したゲイン情報取得及び像信号補正を実施するものである。

図１２において１２０１は撮影レンズ、１２０２は固体撮像素子、１２０３は撮影レンズに対して絞りを自動調整する機能を有する絞り制御回路、１２０４は撮像レンズに対して焦点位置を自動調整する機能を有する焦点制御回路、１２０５は撮影レンズを駆動するための光学系駆動部である。焦点検出回路１００は前述の第１の実施形態若しくは第２の実施形態で示した焦点検出回路である。

撮影レンズ１２０１からの光束は固体撮像素子１２０２で受光され、前述したように焦点検出用画素によって得られたＡ像信号及びＢ像信号に関して、焦点検出回路１００で像信号補正処理及び相関演算を行なって焦点制御回路１２０４にデフォーカス量を送る。これに基づき焦点制御回路１２０４は光学系駆動部１２０５を制御する。この際、焦点制御回路１２０４は、撮影レンズを駆動したことによる焦点位置の変更が生じたことを焦点検出回路１００に通知する。これにより焦点検出回路１００はゲイン情報取得及び像信号補正を含む前述の一連の処理を再実行する。

同様に絞り制御回路１２０３は、検出された光量に応じて絞り値を光学系駆動部１２０５に送り、撮影レンズ１２０１の絞りを制御する。この際、絞り制御回路１２０３は、撮影レンズの絞りに変更が生じたことを焦点検出回路１００に通知する。これにより焦点検出回路１００はゲイン情報取得及び像信号補正を含む前述の一連の処理を再実行する。

本実施形態では、第１及び第２の実施形態で述べたハードウェア回路処理による構成を元に、ゲイン情報取得処理及び像信号補正処理の実行契機に関して述べたが、実施にあたっては第３の実施形態で述べたようなソフトウェア処理による構成に対しても同様に適用可能である。

（第５の実施形態）
第１乃至第４の実施形態における構成では、ある瞬間の像信号に関して、空間方向にローパスフィルタ処理を施すことでゲイン情報を取得し、像信号補正を行なった。

本実施形態では、更に時間軸方向にローパスフィルタ処理を施す構成に関して説明し、前述のゲイン情報取得処理及び像信号補正処理の契機について述べる。

図１３は、図９に示した焦点検出回路において、Ａ像信号用のローパスフィルタ１０１及びＢ像信号用のローパスフィルタ１０２夫々の後段にＩＩＲ（無限インパルス応答）によるフィルタ処理回路１３０１及び１３０２を追加した構成になっている。

先ずローパスフィルタ１０１及びローパスフィルタ１０２によってＡ像信号及びＢ像信号夫々のゲイン情報を取得する。前述の通り、これらのゲイン情報はＡ像信号及びＢ像信号において像高に応じて変化するゲイン状態を表すものである。すなわちローパスフィルタ１０１及びローパスフィルタ１０２は、Ａ像信号及びＢ像信号の空間方向に関するローパスフィルタ処理である。

一方、本実施形態の構成においてＩＩＲフィルタ１３０１及びＩＩＲフィルタ１３０２は、Ａ像信号のゲイン情報及びＢ像信号のゲイン情報を夫々時間軸で積分することによる、時間方向のローパスフィルタ処理として機能する。この処理によって、例えば像信号に動体が含まれている場合でも、動体の像の影響を反映したゲイン情報を、像信号補正値として取得することができる。

ここでＩＩＲフィルタ１３０１及びＩＩＲフィルタ１３０２は、時間軸方向にＡ像信号及びＢ像信号夫々を重畳することによりローパスフィルタ処理を行なうため、各々少なくとも像信号１面分のメモリを持ち、時間方向の重畳結果を保持し続ける必要が有る。

ところで、前述の通りシェーディングの状態は、射出瞳位置や絞り等撮影光学系の状態に依存し、これらの状態が変化すると空間方向でゲイン状態の変化が生じる。この場合、不図示のメモリに保持されているＩＩＲフィルタ１３０１及びＩＩＲフィルタ１３０２による夫々の重畳結果は一旦破棄して、新たなシェーディング状態を持つＡ像信号及びＢ像信号の夫々に関して再度ＩＩＲ処理を実施しなければならない。

このような場合においても、図１２に示した撮影光学系の状態変更を焦点検出回路１００に通知する構成が有効である。瞳位置や絞り等の変更が生じた場合は、図１２中の焦点制御回路１２０４若しくは絞り制御回路１２０３から焦点検出回路１００に通知される。これを受けて焦点検出回路１００はただちに不図示のメモリに蓄積されているＩＩＲフィルタ１３０１及びＩＩＲフィルタ１３０２のその時点での重畳結果を破棄し、再度焦点検出回路１００における一連の処理をやり直す。このとき破棄されるのはあくまで重畳結果のデータのみとし、最新の像信号やゲイン情報は、焦点検出回路１００で再処理を開始する際の最初の入力値として使用することで、ＩＩＲフィルタ処理をより速く収束させることが可能になる。あるいは特開平１１−２６１３７６号公報や特開２００３−３０９７４２号公報等に開示されているようなその他のフィルタ処理の高速化手段などを用いても構わず、この点は特に限定されるものではない。

なお本実施形態では、Ａ像信号用ＩＩＲフィルタ１３０１はＡ像信号用ローパスフィルタ１０１の後段に配置されているが、実施にあたってはＡ像信号用ＩＩＲフィルタ１３０１がＡ像信号用ローパスフィルタ１０１の前段に配置されても構わない。同様にＢ像信号用ＩＩＲフィルタ１３０２はＢ像信号用ローパスフィルタ１０２の後段に配置されているが、実施にあたってはＢ像信号用ＩＩＲフィルタ１３０２がＢ像信号用ローパスフィルタ１０２の前段に配置されても構わない。

また、時間軸方向のローパスフィルタとしてＩＩＲを用いているが、実施にあたって本構成の実現に十分ならば、例えばＦＩＲ等、他のフィルタを用いても構わない。

なお、本実施形態では、第２の実施形態にＩＩＲフィルタを追加した構成を元に説明したが、実施にあたっては、例えば第１の実施形態に対してＩＩＲフィルタを追加した構成であっても構わない。

（他の実施形態）
また、各実施形態の目的は、次のような方法によっても達成される。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、本発明には次のような場合も含まれる。すなわち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）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。

さらに、次のような場合も本発明に含まれる。すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カ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込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カ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。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した手順に対応するプログラムコードが格納されることになる。

従来の位相法による差焦点検出手段の要部を示す図である。 光電変換画素の配列を示す図である。 焦点検出用画素を示す図である。 焦点検出用画素Ｓ１，Ｓ２を示す図である。 固体撮像素子上における焦点検出用画素の配置の様子を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係わる焦点検出回路の構成を示す要部ブロック図である。 焦点検出用画素における像信号及びゲイン情報取得を示す図である。 第１の実施形態における像信号補正を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係わる焦点検出回路の構成を示す要部ブロック図である。 第２の実施形態における像信号補正を示す図である。 第３の実施形態におけるソフトウェア処理手順の一例を示したフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係わる撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係わる焦点検出回路の構成を示す要部ブロック図である。

符号の説明

２２ コンデンサレンズ
２４ セパレータレンズ
２５ 焦点検出用レンズ
２６ 結像面
１００ 焦点検出回路
１０１ ローパスフィルタ
１０２ ローパスフィルタ
１０３ 相関演算処理部
１０４ デフォーカス量算出処理部
２０７ 光電変換素子
２１４ 遮光膜
２１６ マイクロレンズ
６０１ Ａ像信号
６０２ Ａ像信号のゲイン情報
６０３ Ｂ像信号
６０４ Ｂ像信号のゲイン情報
７１１ 補正されたＡ像信号
９００ 補正されたＡ像信号
９０１ 補正されたＢ像信号
１２０１ 焦点制御回路
１２０２ 絞り制御回路
１３０１ ＩＩＲフィルタ
１３０２ ＩＩＲフィルタ

Claims (11)

1. 撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第１の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である前記第１の射出瞳領域とは異なる第２の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第２の画素群とを有する撮像素子と、
   前記第１の画素群から取得された第１の像信号の低周波成分から第１のゲイン情報を取得する第１のゲイン情報取得手段と、
   前記第２の画素群から取得された第２の像信号の低周波成分から第２のゲイン情報を取得する第２のゲイン情報取得手段と、
   前記第１のゲイン情報を用いて前記第２の像信号のゲイン補正を行うとともに、前記第２のゲイン情報を用いて前記第１の像信号のゲイン補正を行う補正手段と、
   補正された第１の像信号と第２の像信号を用いて、前記第１の像信号と前記第２の像信号の位相差を求める位相差算出手段と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記補正手段は、前記第１の像信号に前記第２のゲイン情報を乗算することにより前記補正された第１の像信号を求め、前記第２の像信号に前記第１のゲイン情報を乗算することにより前記補正された第２の像信号を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記位相差算出手段は、前記補正された第１の像信号と第２の像信号を入力として、前記第１の像信号と前記第２の像信号の相関を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記第１及び第２のゲイン情報取得手段は、前記撮像素子から信号を読み出す際の垂直走査周期毎に前記第１及び第２のゲイン情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記補正手段は、前記撮像素子から信号を読み出す際の垂直走査周期毎に前記第１の像信号と前記第２の像信号のゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記第１及び第２のゲイン情報取得手段は、前記撮影レンズにおける射出瞳位置と絞りの変更毎に前記第１及び第２のゲイン情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記補正手段は、前記撮影レンズにおける射出瞳位置と絞りの変更毎に前記第１の像信号と前記第２の像信号のゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記第１及び第２のゲイン情報取得手段は、前記第１及び第２のゲイン情報をメモリから破棄する毎に前記第１及び第２のゲイン情報を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 前記補正手段は、前記第１及び第２のゲイン情報をメモリから破棄する毎に前記第１の像信号と前記第２の像信号のゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
10. 撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第１の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である前記第１の射出瞳領域とは異なる第２の射出瞳領域からの被写体像を光電変換する第２の画素群とを有する撮像素子を備える焦点検出装置を制御する方法であって、
    前記第１の画素群から取得された第１の像信号の低周波成分から第１のゲイン情報を取得する第１のゲイン情報取得工程と、
    前記第２の画素群から取得された第２の像信号の低周波成分から第２のゲイン情報を取得する第２のゲイン情報取得工程と、
    前記第１のゲイン情報を用いて前記第２の像信号のゲイン補正を行うとともに、前記第２のゲイン情報を用いて前記第１の像信号のゲイン補正を行う補正工程と、
    補正された第１の像信号と第２の像信号を用いて、前記第１の像信号と前記第２の像信号の位相差を求める位相差算出工程と、
    を備えることを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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