(57)【要約】【課題】位相差ＡＦにおいて、位相差検出方向に対して斜めの被写体がある場合であっても、正確に測距可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子２１の位相差検出方向の垂直方向に配列される第１の個数の焦点検出用画素２１ａの出力を加算して第１の加算出力を生成し（Ｓ３）、第１の加算出力に基づいて焦点検出動作を実行し（Ｓ５）、第１の個数よりも小さい第２の個数の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向と垂直方向に複数の第２の加算出力を生成し（Ｓ９）、複数の第２の加算出力に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し（Ｓ１９）、回転誤差を補正すると判別した場合には、焦点検出動作の結果について回転誤差を補正する（Ｓ２１）。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像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部を有する複数の画素を備え、上記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と上記画素へ入射する光束が上記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素とを含み、上記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、
上記焦点検出用画素の出力に基づいて位相差検出による焦点検出動作を行って焦点ずれ量と焦点ずれ方向を検出する焦点検出部と、
上記撮像素子の撮像領域の所定の領域について、上記位相差検出の検出方向の垂直方向に配列される第１の個数の焦点検出用画素の出力を加算して第１の加算出力を作成し、
上記所定の領域について上記位相差検出方向の垂直方向に配列される上記第１の個数よりも小さい第２の個数の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向と垂直方向に複数の第２の加算出力を作成する画素加算部と、
上記画素配列方向に対する光学像の傾きに応じて発生する回転誤差を補正するか否を判別する判別部と、
を有し、
上記焦点検出部は、上記第１の加算出力に基づいて焦点検出動作を実行し、
上記判別部は、上記複数の第２の加算出力に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し、
上記判別部が回転誤差を補正すると判別した場合には、上記焦点検出部は、焦点検出動作の結果について回転誤差を補正する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記焦点検出部は、上記位相差検出方向の垂直方向の上記複数の第２の加算出力の間の相関度を演算することにより上記回転誤差の補正量を算出して補正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】
上記第２の個数は、上記第１の個数の１／３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記焦点検出部は、上記複数の第２の加算出力の異なる複数の組合せに対応して複数の相関度を演算し、
上記判定部は、上記複数の相関度が所定の条件を満たす場合に回転誤差を補正すると判別する、
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像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部を有する複数の画素を備え、上記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と上記画素へ入射する光束が上記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素とを含み、上記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、
上記焦点検出用画素の出力に基づいて位相差検出により焦点検出動作を行って焦点ずれ量と焦点ずれ方向を検出する焦点検出部と、
上記撮像素子の撮像領域の所定の領域について、上記位相差検出の検出方向の垂直方向に配列される第１の個数の焦点検出用画素の出力を加算して第１の加算出力を作成し、
上記所定の領域について上記位相差検出方向の垂直方向に配列される上記第１の個数の配列を複数に分割し、分割した配列の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向の垂直方向に複数の第２の加算出力を作成する画素加算部と、
上記画素配列方向に対する光学像の傾きに応じて発生する回転誤差を補正するか否を判別する判別部と、
を有し、
上記焦点検出部は、上記第１の加算出力に基づいて焦点検出動作を実行し、
上記判別部は、上記複数の第２の加算出力に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し、
上記判別部が回転誤差を補正すると判別した場合には、上記焦点検出部は、焦点検出動作の結果について回転誤差を補正する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
上記画素加算部の分割は３分割以上であることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差方式の焦点検出を行う撮像装置に関し、特に、位相差検出方向に対して斜めの被写体に対しても精度よく焦点検出可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子の一部を位相差方式の焦点検出用素子に兼用する撮像素子を備えた撮像装置は従来から知られている（例えば、特許文献１）。この撮像素子では、一般に焦点ずれ方向（測距方向、位相差検出方向ともいう）に対して垂直方向の焦点検出用素子の画素データを加算し、この加算した画素データを用いて、焦点ずれ量（デフォーカス量ともいう）を算出している。
【０００３】
また、位相差方式の焦点検出にあたって、光学系とセンサ系のなす角度が傾いていると、測距誤差となることから、この角度を補正するようにした測距装置が提案されている（特許文献２）。この特許文献２に開示の測距装置においては、図１１に示すように、第１のセンサ列１０１と、基線長だけ離れた位置に配置された第２のセンサ列１０３からの出力に基づいて、距離を検出する。また、第１のセンサ列１０１と並行に第３のセンサ列１０１ａを配置し、第１、第２、第３のセンサ列の出力に基づいて、光学系とセンサ系のなす角度を算出し補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８５３０７１号公報
【特許文献２】特開２０００−２０６４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、撮像素子の一部を位相差方式の焦点検出用素子に兼用する撮像素子を備えた撮像装置における位相差ＡＦにおいては、位相差検出方向に対して垂直方向の焦点検出用素子の画素データを加算し、この加算した画素データを用いて、焦点ずれ量を算出するので、位相差検出方向に対してエッジ部分が斜めの被写体１０５があると、誤測距する可能性がある。これを解決するために、特許文献２に記載のように、第３のセンサ１０１ａを設けることが考えられるが、斜めの被写体でありながら、位相差検出方向に対して直交する被写体として、回転角を算出してしまう。したがって、特許文献２に開示の技術手段を応用しても、誤測距を解決することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、位相差ＡＦにおいて、位相差検出方向に対して斜めの被写体がある場合であっても、正確に測距可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため第１の発明に係る撮像装置は、撮像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部を有する複数の画素を備え、上記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と上記画素へ入射する光束が上記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素とを含み、上記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、上記焦点検出用画素の出力に基づいて位相差検出による焦点検出動作を行って焦点ずれ量と焦点ずれ方向を検出する焦点検出部と、上記撮像素子の撮像領域の所定の領域について、上記位相差検出の検出方向の垂直方向に配列される第１の個数の焦点検出用画素の出力を加算して第１の加算出力を作成し、上記所定の領域について上記位相差検出方向の垂直方向に配列される上記第１の個数よりも小さい第２の個数の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向と垂直方向に複数の第２の加算出力を作成する画素加算部と、上記画素配列方向に対する光学像の傾きに応じて発生する回転誤差を補正するか否を判別する判別部と、を有し、上記焦点検出部は、上記第１の加算出力に基づいて焦点検出動作を実行し、上記判別部は、上記複数の第２の加算出力に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し、上記判別部が回転誤差を補正すると判別した場合には、上記焦点検出部は、焦点検出動作の結果について回転誤差を補正する。
【０００８】
第２の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記焦点検出部は、上記位相差検出方向の垂直方向の上記複数の第２の加算出力の間の相関度を演算することにより上記回転誤差の補正量を算出して補正する。
【０００９】
第３の発明に係る撮像装置は、上記第１または第２の発明において、上記第２の個数は、上記第１の個数の１／３以下である。
【００１０】
第４の発明に係る撮像装置は、上記第２の発明において、上記焦点検出部は、上記複数の第２の加算出力の異なる複数の組合せに対応して複数の相関度を演算し、上記判定部は、上記複数の相関度が所定の条件を満たす場合に回転誤差を補正すると判別する。
【００１１】
第５の発明に係る撮像装置は、撮像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部を有する複数の画素を備え、上記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と上記画素へ入射する光束が上記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素とを含み、上記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、上記焦点検出用画素の出力に基づいて位相差検出により焦点検出動作を行って焦点ずれ量と焦点ずれ方向を検出する焦点検出部と、上記撮像素子の撮像領域の所定の領域について、上記位相差検出の検出方向の垂直方向に配列される第１の個数の焦点検出用画素の出力を加算して第１の加算出力を作成し、上記所定の領域について上記位相差検出方向の垂直方向に配列される上記第１の個数の配列を複数に分割し、分割した配列の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向の垂直方向に複数の第２の加算出力を作成する画素加算部と、上記画素配列方向に対する光学像の傾きに応じて発生する回転誤差を補正するか否を判別する判別部と、を有し、上記焦点検出部は、上記第１の加算出力に基づいて焦点検出動作を実行し、上記判別部は、上記複数の第２の加算出力に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し、上記判別部が回転誤差を補正すると判別した場合には、上記焦点検出部は、焦点検出動作の結果について回転誤差を補正する。
【００１２】
第６の発明に係る撮像装置は、上記第５の発明において、上記画素加算部の分割は３分割以上である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、位相差ＡＦにおいて、位相差検出方向に対して斜めの被写体がある場合であっても、正確に測距可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカメラにおける撮像素子の一部の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、焦点検出の概略を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るカメラにおける撮像素子の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るカメラにおける撮像素子の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るカメラにおける撮像素子の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、焦点ずれ量の信頼性の判定を説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、撮像素子の走査範囲を説明する図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、撮像素子の走査範囲を説明する図である。
【図１１】従来の測距装置の課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に従って本発明を適用したデジタルカメラ（カメラと略記する）を用いて好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラは、交換レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０から構成されている。本実施形態においては、交換レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０を別体に構成しているが、一般的なコンパクトカメラのように一体に構成しても勿論かまわない。
【００１６】
交換レンズ鏡筒１０内には、撮影レンズ１１が配置されている。撮影レンズ１１は、被写体Ｓの光学像を形成するための複数の光学レンズから構成される。また、交換レンズ鏡筒１０内には、アクチュエータ１２およびレンズ制御部１３が設けられている。レンズ制御部１３は、カメラ本体２０内のＡＦ演算部２３から、焦点ずれ方向と焦点ずれ量を受信し、これらの情報に基づいて、アクチュエータ１２の制御を行う。アクチュエータ１２は、撮影レンズ１１を光軸方向に移動し、ピント合わせを行う。
【００１７】
カメラ本体２０内には、撮像素子２１、画像処理部２２、ＡＦ演算部２３、記録部２４、表示部２５が設けられている。
【００１８】
撮像素子２１は、撮影レンズ１１の光軸上であって、被写体像の結像位置付近に配置されている。撮像素子２１は、被写体像（光学像）を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素を備えている。すなわち、撮像素子２１は、各画素を構成するフォトダイオードが二次元的にマトリックス状に配置されており、各フォトダイオードは受光量に応じた光電変換電流を発生し、この光電変換電流は各フォトダイオードに接続するキャパシタによって電荷蓄積される。各画素の前面には、ベイヤ―配列のＲＧＢフィルタが配置されている。これらの複数のフォトダイオードが、前述の複数の画素に対応する。
【００１９】
また、撮像素子２１の複数の画素は、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された位相差ＡＦ検出用画素（以後、「焦点検出用画素」と称す）２１ａと、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないように構成された撮像用画素２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを含んでいる。撮像素子２１は、焦点検出用画素と撮像用画素から出力される画素値を画像処理部２２およびＡＦ演算部２３に出力する。撮像素子２１の焦点検出用画素２１ａおよび撮像用画素２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置については、図２ないし図６を用いて後述する。
【００２０】
画像処理部２２は、画素値の内、撮像用画素２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの画素値を入力し、ライブビュー表示用画像および記録用画像のための画像処理を行う。また、画像処理部２２は、記録用に処理された画像データを記録部２４に出力し、ライブビュー表示用に画像処理された画像データを表示部２５に出力する。記録部２４は、電気的書き換え可能な不揮発性メモリを有し、記録用の画像データを入力し、記録する。表示部２５は、ライブビュー表示用の画像データや再生用の画像データを入力し、ＬＣＤや有機ＥＬ等の表示パネルに画像データに基づくライブビュー画像や再生画像の表示を行う。
【００２１】
ＡＦ演算部２３は、画素値の内、焦点検出用画素２１ａからの画素値を入力し、位相差ＡＦ法によって焦点ずれ方向と焦点ずれ量を演算する。ＡＦ演算にあたって、焦点ずれ方向と垂直方向に配列される焦点検出用画素の出力を加算して第１の加算出力を作成し、この第１の加算出力に基づいて焦点ずれ量を算出する。また、焦点ずれ方向と垂直方向に配列される焦点検出用画素２１ａの出力の内、第１の加算出力で使用した焦点検出用画素２１ａよりも少ない画素数で第２の加算出力を作成し、この第２の加算出力に基づいて、光学像の回転誤差を判定する。この判定の結果、回転誤差が有る場合には、焦点ずれ量の補正を行う。この回転誤差の補正については、図７を用いて後述する。
【００２２】
ＡＦ演算部２３は、焦点検出用画素の出力に基づいて焦点検出動作を行って焦点ずれ量と焦点ずれ方向を検出する焦点検出部として機能する。また、撮像素子２１の撮像領域の所定の領域について、焦点ずれ方向の垂直方向に配列される焦点検出用画素２１ａの出力を加算して加算出力を作成する画素加算部としても機能する。（後述する図３、図７のＳ３、Ｓ９参照）
【００２３】
さらに、ＡＦ演算部２３は、画素配列方向に対する光学像の傾きに応じて発生する回転誤差を補正するか否を判別する判別部としても機能する（後述する図７のＳ１３、Ｓ１７参照）。上述の焦点検出部は、第１の加算出力に基づいて焦点検出動作を実行し、上述の判別部は、複数の第２の加算出力に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し、上述の判別部が回転誤差を補正すると判別した場合には焦点検出動作の結果について回転誤差を補正する。
【００２４】
次に、図２を用いて、本実施形態に係る撮像素子２１の構成を説明する。撮像素子２１の撮像面には、複数の焦点検出用画素２１ａと複数の撮像用画素２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが図２に示すように配置されている。前述したように、撮像用画素２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの前面には、ベイヤ配列のＲＧＢフィルタが配設されている。撮像用画素２１Ｇの前面には緑色（Ｇ）フィルタ（図２中、砂目を付与）が、撮像用画素２１Ｒの前面には赤色（Ｒ）フィルタ（図２中、縦縞を付与）が、また撮像用画素２１Ｂの前面には青色（Ｂ）フィルタ（図２中、横縞を付与）が設けられている。
【００２５】
また、焦点検出用画素２１ａは、画素に入射する光束の入射方向を制限するように開口部が設けられている。図中、「Ｒ」と付されている焦点検出用画素２１ａは右側から入射する光束を受光し、左側から入射する光束を制限するように、右開口が設けられている（以下、Ｒ画素と略記する場合がある）。また「Ｌ」と付されている焦点検出用画素２１ａは、左側から入射する光束を受光し、右側から入射する光束を制限するように左開口が設けられている（以下、Ｌ画素と略記する場合がある）。なお、ここで右側、左側は、位相差ＡＦ法による焦点検出動作を行うにあたって、位相差検出方向に沿っての右側、左側をいう。
【００２６】
次に、図２に示されるような撮像素子２１の画素配置における回転誤差補正について説明する。撮像素子２１では、列方向に沿ってＲ画素値とＬ画素値を加算し、列毎のＲ画素の加算値とＬ画素の加算値を用いて位相差ＡＦ法による焦点ずれ量の演算を行うことから（正確には、後述するように、複数の列をまとめてエリアとし、エリア内で列方向に加算する）、本実施形態においては、位相差検出方向は、図２中、行方向（横方向）にある。被写体Ｓとして、図２に示すように、位相差検出方向と垂直な方向から被写体角θだけ傾いている場合を想定する。
【００２７】
図２に示す例では、Ｒ画素とＬ画素は、４画素ずれている。焦点検出用画素２１ａに対して、斜めの被写体Ｓが投影された場合、この４画素のズレ量分、測距結果に誤差が生ずる。このときの回転誤差量は、下記（１）式より算出できる。
回転誤差量＝ｔａｎθ×Ｑ／Ｐ  ・・・（１）
ここで、Ｑ：ＲＬ画素ずれ量、Ｐ：ＡＦ画素ピッチ
図２に示す例では、ＲＬ画素ずれ量は４画素、ＡＦ画素ピッチは４画素であるので、Ｑ／Ｐ＝４／４＝１である。なお、ＡＦ画素は後述する仮想画素を示し、ＡＦ画素ピッチは仮想画素のピッチを示す。また、上記回転誤差量は、ＡＦ画素ピッチを単位とする。
【００２８】
回転誤差量を演算すると、測距結果（位相差ＡＦ法によって求めた焦点ずれ量）から、回転誤差量を減算することにより、回転誤差補正を行うことができる。
【００２９】
次に、図３を用いて、測距時（焦点ずれ量演算）の焦点検出用画素の加算方法と、回転誤差検出時の焦点検出用画素の加算方法について、説明する。図３（ａ）は、測距の際に使用する撮像素子２１の焦点検出用画素を含む所定範囲を区分した領域を画素列状に配列した図を示す。後述するように、画素列状の区分は、その区分の中に含まれる焦点検出用画素の画素値を加算した画素加算値に対応させるものである。ここでは、説明を分かりやすくするために、この画素列状の区分を仮想画素、またはその配列を、仮想画素列と称して以下の説明を行う。図３（ａ）は、斜めの被写体Ｓが投影された場合を示しており、仮想画素Ａ１〜Ａ９は、基準画素列であり、仮想画素Ｂ１〜Ｂ９は参照画素列である。図２において、Ｒ画素列を仮想画素の基準画素列Ａ１〜Ａ９とした場合には、Ｌ画素列が仮想画素の参照画素列Ｂ１〜Ｂ９となる。基準画素列は、位相差ＡＦ法による焦点ずれ量の算出にあたって基準となる画素列であり、参照画素列は、焦点ずれ量の算出にあたって範囲を変化させる画素列である。
【００３０】
また、図２に示す例において、仮想画素Ａ１は撮像素子２１の１列〜４列であって、図中、符号Ａ１の破線で囲まれた範囲であり、仮想画素Ｂ１は１列〜４列であって、図中、符号Ｂ１の実線で囲まれた範囲に相当する。仮想画素Ａ２〜Ａ９、Ｂ２〜Ｂ９も同様に、各４列からなる。ＡＦ演算部２３は、図３（ａ）に示す所定の領域において、位相差検出方向の垂直方向に配列される焦点検出用画素２１ａの数を第１の個数とすると、ＡＦ演算部２３は、第１の個数の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向と垂直方向に第１の加算出力を算出する。測距時の画素列の読み出しについては、図４を用いて後述する。
【００３１】
図３（ｂ）は、回転誤差検出時の仮想画素の配置を示す。図３（ｂ）に示す例は、２ライン方式であり、各仮想画素列Ａ、Ｂを２つに分け、上側を仮想画素列Ａα１〜Ａα９、Ｂα１〜Ｂα９、下側を仮想画素列Ａβ１〜Ａβ９、Ｂβ１〜Ｂβ９として生成する。図３（ｂ）に示す各仮想画素については、加算される焦点検出用画素２１ａの数は、第１の個数よりも少ない第２の個数である。ＡＦ演算部２３は、第２の個数の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向と垂直方向において異なる位置の複数の第２の加算出力を算出し仮想画素の画素値を生成する。２ライン方式の回転誤差検出時の仮想画素の画素値の生成方法については、図５を用いて後述する。
【００３２】
図３（ｃ）は、回転誤差検出時の仮想画素の配置を示すものであって、３ライン方式の例である。この例では、各仮想画素列Ａ、Ｂを３つに分け、上側を仮想画素列Ａα１〜Ａα９、Ｂα１〜Ｂα９、中側を仮想画素列Ａβ１〜Ａβ９、Ｂβ１〜Ｂβ９、下側をＡγ１〜Ａγ９、Ｂγ１〜Ｂγ９として生成する。図３（ｃ）に示す各仮想画素については、加算する焦点検出用画素２１ａの数は、第１の個数よりも少ない第２の個数であり、しかも第１の数の１／３以下が望ましい。ＡＦ演算部２３は、第２の個数の焦点検出用画素の出力を加算して位相差検出方向と垂直方向において異なる位置の複数の第２の加算出力である仮想画素の画素値を算出する。３ライン方式の回転誤差検出時の仮想画素の画素値の生成方法については、図６を用いて後述する。
【００３３】
前述の（１）式における、被写体角θ（図２参照）は、後述する図６の例では、下記（２）式より算出できる。
被写体角θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ＡαとＡβの相関演算結果と、ＡβとＡγの相関演算の結果）×（α、β、γ画素列の間隔）／（ＡＦ画素ピッチ）｝  ・・・（２）
図６に示す例では、（α、β、γ画素列の間隔）／（ＡＦ画素ピッチ）＝１６／４＝４である。
【００３４】
図４に示す撮像素子２１の画素配置は、図２に示した配置と同様であり、１個の仮想画素が４個の画素列で構成され、測距時（焦点ずれ量の算出時）には、各仮想画素ごとに、１２個のＲ画素と１２個のＬ画素について、それぞれ加算値を算出し、ＡＦ用のＬとＲそれぞれ１個の仮想画素を生成する。各仮想画素ごとの加算値である仮想画素値を用いて、ＡＦ演算部２３は、焦点ずれ方向および焦点ずれ量を算出する。
【００３５】
図５は、撮像素子２１を用いて回転誤差検出時を行う際の２ライン方式による画素の加算方法を示す。図５において、各仮想画素列の１行目〜５７行目までは、仮想画素列の上側の範囲であり、図３（ｂ）におけるＡα１〜Ａα９、Ｂα１〜Ｂα９に相当する。また、各仮想画素列の３７行目〜９６行目までは、仮想画素列の下側の範囲であり、図３（ｂ）におけるＡβ１〜Ａβ９、Ｂβ１〜Ｂβ９に相当する。各仮想画素列において、３７行目〜５７行目までは、重複している。この例では、回転誤差検出時には、Ｒ画素とＬ画素をそれぞれ８画素加算し、仮想画素列の区分（１画素分）に相当するＡＦ用のＬとＲそれぞれ１個の仮想画素を生成する。そして、位相差検出方向（相関演算方向）の垂直方向に計２つ（α、β）の仮想画素列であるＡＦ画素列を生成する。
【００３６】
図６は、撮像素子２１を用いて回転誤差検出時を行う際の３ライン方式による画素の加算方法を示す。図６において、各仮想画素列の１行目〜３２行目までは、仮想画素列の上側の範囲であり、図３（ｃ）におけるＡα１〜Ａα９、Ｂα１〜Ｂα９に相当する。また、各仮想画素列の３３行目〜６４行目までは、仮想画素列の中側の範囲であり、図３（ｃ）におけるＡβ１〜Ａβ９、Ｂβ１〜Ｂβ９に相当する。また、各仮想画素列の６５行目〜９６行目までは、仮想画素列の下側の範囲であり、図３（ｃ）におけるＡγ１〜Ａγ９、Ｂγ〜Ｂγ９に相当する。この例では、各仮想画素列において、重複箇所はないが、２ライン方式の場合と同様、一部を重複するようにしてもよい。回転誤差検出時には、Ｒ画素とＬ画素をそれぞれ４画素加算し、仮想画素列の区分（１画素分）に相当するＡＦ用のＬとＲそれぞれ１個の仮想画素を生成する。そして、位相差検出方向（相関演算方向）の垂直方向に計３つ（α、β、γ）の仮想画素列であるＡＦ画素列を生成する。
【００３７】
このように、回転誤差検出時を行う際の画素加算部の仮想画素列の分け方は、図５に示すように重複するようにして分けてもよく、また図６に示すように重複しないように分けてもよい。また、測距時の仮想画素に関する焦点検出素子の第１の個数に対して、回転誤差検出時の仮想画素に関する焦点検出素子の第２の個数は、第１の個数より小さくければよい。また、第１の個数を複数に分割するようにしてもよい。この分割数は３分割以上であることが望ましい。
【００３８】
次に、本実施形態における測距動作について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。測距動作を開始すると、まず、仮想画素を生成するためにＡＦ画素のサンプリングを実施する（Ｓ１）。ここでは、ＡＦ演算部２３は、撮像素子２１の焦点検出用画素２１ａについて、位相差検出方向（測距方向、相関演算方向ともいう）と垂直方向の方向に沿って、Ｒ画素およびＬ画素の画素値を取得する。
【００３９】
ＡＦ画素のサンプリングを行うと、次に、測距用ＡＦ画素データの生成を行う（Ｓ３）
ここでは、図３（ａ）および図４を用いて説明したように、各仮想画素ごとにＲ画素およびＬ画素のそれぞれについて加算して各仮想画素の画素値を生成し、測距用ＡＦ画素データとする。
【００４０】
測距用ＡＦ画素データの生成を行うと、次に、測距用相関演算を行う（Ｓ５）。ここでは、ステップＳ３で取得した各仮想画素ごとのＲ画素およびＬ画素のそれぞれの加算値である測距用ＡＦ画素データを用いて、公知の位相差ＡＦ法によって、焦点ずれ方向と焦点ずれ量を算出する。
【００４１】
測距用相関演算を行うと、次に、信頼性がＯＫか否かを判定する（Ｓ７）。ここでは、ステップＳ５において実施した相関演算の信頼性について判定する。判定方法としては、極小値（最小値）が所定値より小さいか、極小値（最小値）付近の傾きが十分に大きいか否かに基づいて判定する。
【００４２】
このステップＳ７における信頼性の判定について、図８を用いて説明する。図８（ａ）において、評価値Ｆが最小値となる付近における位置ＥＬと評価値Ｆを示すグラフである。なお、位置ＥＬは、基準画素と参照画素のずらし量（位相差）を表し、評価値Ｆは、基準画素と参照画素の差分の絶対値の累積値を表す。このグラフでずらし量である位置ＥＬがｍｉｎにおいて評価値Ｆは最小値ＦＭＩＮとなっている。信頼性の判定は、評価値ＦＭＩＮが、判定値ＦＩＮＴよりも小さい場合に、信頼性ありとする。
【００４３】
また、図８（ｂ）においても、評価値Ｆが最小値となる付近における位置ＥＬと評価値Ｆを示すグラフであり、位置ＥＬがｍｉｎにおいて評価値Ｆが最小値ＦＭＩNとなっており、位置ＥＬがｍｉｎ−１において評価値ＦはＦＭとなっている。また、位置ＥＬがｍｉｎ＋１において評価値ＦはＦＰであり、評価値ＦＭ＞評価値ＦＰの関係となっている。信頼性の判定は、最小値ＦＭＩＮに隣接する評価値Ｆのうちで大きいほうである評価値ＦＭと最小値ＦＭＩＮを用いて、その２点を結ぶ直線の傾きＦＳが判定用のスレッシュＦＳｍｉｎ以上である場合に、信頼性ありとする。なお、信頼性の判定は、上述した２つに限らず、他の方法によってもよい。
【００４４】
図７に戻り、ステップＳ７における判定の結果、信頼性がある場合には、つぎに、回転角検出用ＡＦ画素データを生成する（Ｓ９）。ここでは、図３（ｂ）（ｃ）、および図５、図６において説明したように、各仮想画素列のＡα、Ａβ、Ａγ、Ｂα、Ｂβ、ＢγごとにＡＦ画素値の加算値を算出し、回転角検出用としてのＡＦ画素データを生成する。なお、図７に示すフローチャートは、３ライン方式を採用した場合の動作を示す。２ライン方式の場合には、ステップＳ１５〜Ｓ１９を省略すればよい。
【００４５】
回転角検出用ＡＦ画素データを生成すると、次に、Ａα、Ａβ相関演算を行う（Ｓ１１）。ここでは、ＡＦ演算部２３が、ステップＳ９において、各仮想画素列のＡα、Ａβ、Ｂα、Ｂβごとに生成したＡＦ画素データを用いて、図３（ｃ）に示す仮想画素列Ａと仮想画素列Ｂの１番上の部分αと上から２番目の部分βについて相関演算を行い、上部回転誤差量を求める。
【００４６】
ステップＳ１１においてＡα、Ａβによる回転角検出用相関演算を行うと、次に、信頼性がＯＫか否かを判定する（Ｓ１３）。ここでは、ステップＳ１１における相関演算の信頼性を、ステップＳ７と同様の方法で判定する。
【００４７】
ステップＳ１３における判定の結果、信頼性がある場合には、Ａβ、Ａγ相関演算を行う（Ｓ１５）。ここでは、ＡＦ演算部２３が、ステップＳ９において、各仮想画素列のＡβ、Ａγ、Ｂβ、Ｂγごとに生成したＡＦ画素データを用いて、図３（ｃ）に示す仮想画素列Ａと仮想画素列Ｂの上から２番目の部分βと１番下の部分γについて相関演算を行い、下部回転誤差量を求める。それして、上部回転誤差量と下部回転誤差量の平均値を回転誤差補正量として算出する。
【００４８】
ステップＳ１５においてＡβ、Ａγによる回転角検出用相関演算を行うと、信頼性がＯＫか否かを判定する（Ｓ１３）。ここでは、ＡＦ演算部２３が、ステップＳ１５における相関演算の信頼性を、ステップＳ７と同様の方法で判定する。
【００４９】
ステップＳ１７における判定の結果、信頼性がある場合には、上下回転誤差量は同様であるか否かを判定する（Ｓ１９）。上下回転誤差量が同様であるか否かの判定は、下記の条件に従って行い、条件（ａ）、（ｂ）を両方とも満たす場合に上下回転誤差量が同様であるとして判定する。
（ａ）（ＡαとＡβの回転誤差量（上部回転誤差量））の符号＝（ＡβとＡγの回転誤差量（下部回転誤差量））の符号
かつ
（ｂ）［｛（ＡαとＡβの回転誤差量（上部回転誤差量））の絶対値｝−｛（ＡβとＡγの回転誤差量（下部回転誤差量））の絶対値｝］×１００／［｛（ＡαとＡβの回転誤差補正量（上部回転誤差量））の絶対値｝＋｛（ＡβとＡγの回転誤差量（下部回転誤差量）の絶対値）｝］≦３０％
【００５０】
ステップＳ１１、Ｓ１５において行ったＡαとＡβの相関演算のずれ量（上部回転誤差量）と、ＡβとＡγの相関演算におけるずれ量（下部回転誤差量）が、ほぼ同じ場合には、図２、図３に示すような斜め被写体Ｓか、または位相差検出方向に垂直な被写体の可能性が高い。
【００５１】
ステップＳ１９における判定の結果、上下回転誤差量が同様であった場合には、回転誤差補正を実施する（Ｓ２１）。ここでは、ＡＦ演算部２３が、ステップＳ５において算出した焦点ずれ量から、上述した式（１）によって算出した回転誤差補正量を減算する。なお、傾き被写体でなかった場合にも、このステップで補正を行うが、補正量が０であることから、実質的にはステップＳ５において算出した焦点ずれ量に等しい。上下回転誤差量が同様でなかった場合には、回転（斜め）被写体で無い、即ち回転誤差を補正する必要がない被写体と判断し、回転誤差補正は行わない。
【００５２】
ステップＳ２１において回転誤差補正を行うと、次に、合焦駆動を行う（Ｓ２３）。ここでは、ＡＦ演算部２３が、ステップＳ５において算出され、ステップＳ２１において補正された焦点ずれ量と焦点ずれ方向をレンズ制御部１３に出力し、アクチュエータ１２によって撮影レンズ１１の合焦駆動を行う。
【００５３】
ステップＳ２３において合焦駆動を行うと、またはステップＳ７、Ｓ１３における判定の結果、信頼性がＯＫでなかった場合、またはステップＳ１９における判定の結果、上下回転誤差量が同様でなかった場合には、測距動作のフローを終了する。
【００５４】
このように、測距動作のフローにおいては、図３（ａ）に示したような位相差検出方向と垂直な方向に沿っての焦点検出画素２１ａの加算出力（第１の加算出力）に基づいて焦点検出動作を実行し（Ｓ３、Ｓ５）、図３（ｂ）（ｃ）に示したような第１の加算出力よりも少ない焦点検出画素２１ａの画素数の加算出力（第２の加算出力）に基づいて回転誤差を補正するか否かを判別し（Ｓ１９）、回転誤差を補正すると判別した場合には焦点検出動作の結果について回転誤差を補正している（Ｓ２１）。
【００５５】
また、測距動作のフローにおいて、回転誤差の補正量の算出は、位相差検出方向の垂直方向の複数の第２の加算出力の間の相関度を演算することにより行っている（Ｓ１１〜Ｓ２１）。さらに、複数の第２の加算出力の異なる複数の組合せに対応して複数の相関度を演算し（Ｓ１１、Ｓ１５）、複数の相関度が所定の条件を満たす場合に回転誤差を補正すると判別している（Ｓ１９）。
【００５６】
次に、図９および図１０を用いて、回転誤差検出時の相関演算用画素列について説明する。図９（ａ）は、撮像素子２１の焦点検出用画素列からなる仮想画素列を示しており、図中、上側の数字は過疎画素列の配列順の番号を示す。図９（ａ）において、２１列〜８０列は、測距時の相関演算において最小相関値を示した仮想画素列の基準部画素列における画素範囲を示す。
【００５７】
測距時の相関演算の画素列範囲と（図７のＳ５参照）、回転誤差検出時の相関演算の画素列範囲（図７のＳ１１参照）を一致させるために、以下のように設定する。仮想画素列ＡαとＡβで相関演算する場合、Ａαの相関演算の対象となる画素列を、測距時に相関値の最小値が得られた相関演算画素列と同一の範囲とする。そして、仮想画素列Ａβの相関演算の対象となる画素列の範囲を順次ずらして相関演算を行う。測距時の相関演算画素列の範囲と回転誤差検出時の相関演算画素列の範囲を一致させることで、視野外に異なる被写体が有る場合でも、適切に回転誤差量を算出することが可能となる。
【００５８】
例えば、図９（ｂ）に示すように、異なる距離の被写体Ｓ１（家）、Ｓ２（顔）が測距点内に存在し、仮想画素列Ａαに投影された場合、測距時に相関演算画素列（２１列〜８０列（図中、砂目を付与））で、相関値の最小値が得られたものとする。つまり、被写体Ｓ２（顔）を主要被写体として測距を実行したものとする。それにも関わらず、回転誤差検出時に仮想画素列Ａαの相関演算画素列（０列〜６０列）により相関演算を行った場合、仮想画素列Ａαに投影された被写体Ｓ１（家）の像と仮想画素列Ａβに投影された被写体Ｓ２（顔）の像との間で相関値の最小値を検出し、回転誤差量を誤検出してしまう。このため、本来、回転誤差補正が必要ない被写体であっても、誤って回転誤差補正をしてしまう。
【００５９】
図１０（ａ）は、Ａα画素列の相関演算ブロック図を示す。たとえば０列から９９列のＡα画素列のうちの２１列〜８０列（図中、砂目を付与）までの５９列分が相関演算の際の基準画像の位置を示す。また、図１０（ｂ）は、Ａβ画素列の相関ブロック図を示す。Ａβ画素列の０列〜９９列の間で、順次、５９列分を参照画像として、Ａα画素列の基準画像（図１０（ａ）参照）と、相関演算を行う。
【００６０】
このように、本実施形態においては、ステップＳ１１、Ｓ１５における、回転誤差検出時の相関演算にあたって、測距時の相関演算において最小相関値、即ち最も高い相関度を示す画素列と同一の範囲を回転誤差検出時の相関演算用の画素列としている。このため、視野外に異なる被写体が有る場合でも、適切に回転誤差量を算出することが可能となる。
【００６１】
以上説明したように、本発明の一実施形態においては、所謂、像面位相差ＡＦにおいて、１個の仮想画素（複数の画素列からなる１エリア）内のＡＦ画素列として、通常測距時と回転誤差検出時で、異なる相関演算用の仮想画素列を生成している（図２〜図６参照）。異なる仮想画素列として、通常測距時は１個の仮想画素は、位相差検出方向とは異なる方向に焦点検出用画素をｎ画素加算して生成する。一方、回転誤差補正時は、１個の仮想画素内の焦点検出用画素の画素加算数をｎ未満に設定し、このｎ未満の画素加算数を加算して生成した仮想画素からなる仮想画素列を２個以上生成している。そして、位相差検出方向とは異なる方向の２個の仮想画素列同士で相関演算を行い、回転誤差を検出する。
【００６２】
また、本発明の一実施形態においては、通常測距時は仮想画素に対応する１エリア当たり、位相差検出方向と異なる方向に焦点検出用画素をｎ画素加算するが、回転誤差検出時は、仮想画素に対応する１エリア内の画素加算数をｎの１／３以下に設定している。そして、回転誤差検出時には、１つの測距エリアに対して、３以上の複数の仮想画素列を生成し、測距エリアの上側に位置する１個目の仮想画素列と２個目の仮想画素列とで相関演算を行い、上部の回転誤差量を算出する（Ｓ１１）。さらに、２個目の仮想画素列と測距エリアの下側に位置する３個目の仮想画素列で相関演算を行い、下部の回転誤差量を算出する（Ｓ１５）。そして、上部の回転誤差量と下部の回転誤差量が所定条件を満たす場合に、回転誤差の補正を行っている（Ｓ２１）。所定の条件としては、上部と下部とで、共に回転誤差量を検出できており、かつ上部と下部の回転誤差量が同一符号か否かとしてもよい。
【００６３】
また、本発明の一実施形態においては、回転誤差検出のための相関演算時に、基準画像部は測距時の相関演算により相関値が最小となった、即ち相関度が最大となった相関演算画素列の位置と範囲を採用している。
【００６４】
なお、本発明の一実施形態においては、撮像素子２１の４個の画素列からなる１エリアごとに焦点検出画素を加算して仮想画素の画素値を生成していた。しかし、仮想画素に対応する１エリアに含まれる撮像素子２１の画素列の数はこれに限らず１個でもよく、また複数個でもよい。また、本発明の一実施形態においては、回転誤差検出時には、測距時の１個の仮想画素列を２個または３個の仮想画素列に分けていたが、４個以上の仮想画素列に分けても勿論かまわない。
【００６５】
また、本発明の一実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもミラーレスカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォーンや携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、撮像面において位相差方式の焦点検出を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
【００６６】
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【００６７】
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０・・・交換レンズ鏡筒、１１・・・撮影レンズ、１２・・・アクチュエータ、１３・・・レンズ制御部、２０・・・カメラ本体、２１・・・撮像素子、２１ａ・・・焦点検出用画素、２１Ｒ・・・撮像用画素、２１Ｇ・・・撮像用画素、２１Ｂ・・・撮像用画素、２２・・・画像処理部、２３・・・ＡＦ演算部、２４・・・記録部、２５・・・表示部、Ｓ、Ｓ１、Ｓ２・・・被写体
【図１】
2014137508.tif 000003
【図２】
2014137508.tif 000004
【図４】
2014137508.tif 000005
【図５】
2014137508.tif 000006
【図６】
2014137508.tif 000007
【図７】
2014137508.tif 000008
【図８】
2014137508.tif 000009
【図９】
2014137508.tif 000010
【図１０】
2014137508.tif 000011
【図１１】
2014137508.tif 000012
【図３】
2014137508.tif 000013