(57)【要約】【課題】所望の焦点検出精度を満たしつつ演算量を低減可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素を備えた撮像手段と、複数の画素から出力された複数の像信号に基づいて、結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出する第１の算出手段と、複数の評価値を加算して加算評価値を算出する第２の算出手段と、加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出する第３の算出手段とを有する。【選択図】図１４
2015215395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素を備えた撮像手段と、
前記複数の画素から出力された複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出する第１の算出手段と、
前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出する第２の算出手段と、
前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出する第３の算出手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の算出手段は、
前記絞り値が第１の絞り値である場合、前記複数の評価値の数を第１の数に設定し、
前記絞り値が前記第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、前記複数の評価値の数を前記第１の数よりも小さい第２の数に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の算出手段は、前記複数の評価値として複数の相関量を算出し、
前記第２の算出手段は、前記加算評価値として加算相関量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の算出手段は、
前記複数の像信号のうち、前記絞り値に応じた数の像信号を加算して複数の加算波形を生成し、
前記複数の加算波形のそれぞれに対して相関演算を行うことにより前記複数の評価値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の算出手段は、
前記絞り値が第１の絞り値である場合、前記絞り値に応じた前記像信号の加算数を第１の加算数に設定し、
前記絞り値が前記第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、前記像信号の前記加算数を前記第１の加算数よりも大きい第２の加算数に設定する、ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の加算波形に対してシェーディング補正を行う画像処理手段を更に有することを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の加算波形に対してフィルタ処理を行うフィルタ手段を更に有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の算出手段は、
前記絞り値に応じた間引き率で前記複数の像信号を間引き、
間引かれた前記像信号に基づいて相関演算を行うことにより前記複数の評価値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の算出手段は、
前記絞り値が第１の絞り値である場合、前記絞り値に応じた前記間引き率を第１の間引き率に設定し、
前記絞り値が前記第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、前記間引き率を前記第１の間引き率よりも大きい第２の間引き率に設定する、ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
間引かれた前記像信号に対してシェーディング補正を行う画像処理手段を更に有することを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
間引かれた前記像信号に対してフィルタ処理を行うフィルタ手段を更に有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の算出手段は、
前記絞り値が第１の絞り値である場合、前記複数の評価値を算出する際のシフト量を第１のシフト量に設定し、
前記絞り値が前記第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、前記シフト量を前記第１のシフト量よりも大きい第２のシフト量に設定する、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素から得られる複数の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する制御装置であって、
前記複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出する第１の算出手段と、
前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出する第２の算出手段と、
前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出する第３の算出手段と、を有することを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素から得られる複数の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する制御方法であって、
前記複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出するステップと、
前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出するステップと、
前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素から得られる複数の像信号に基づいてデフォーカス量を算出するプログラムであって、該プログラムはコンピュータに、
前記複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出するステップと、
前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出するステップと、
前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子から出力される信号に基づいてフォーカス制御を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、位相差方式の焦点検出として、撮像素子の焦点検出画素を利用した撮像面位相差方式の焦点検出が知られている。特許文献１には、撮像面位相差方式の焦点検出が可能な撮像素子の構成として、センサの各画素に設けられたマイクロレンズに対して、少なくとも一対の検出器を備えた構成が開示されている。撮像面位相差方式の焦点検出では、互いに異なる瞳領域を通過する一対の像信号を用いて、相対的なシフト処理を行いながら両者の相関値を順次算出する、いわゆる相関演算処理が行われる。そして、最も相関が高いシフト量に基づいて合焦となるフォーカス位置をデフォーカス量として算出し、フォーカス制御が行われる。
【０００３】
ところで、ＡＦ枠に含まれる複数行の相関演算を行う焦点検出方式として、相関演算後に相関量を加算する相関量加算方式、および、相関演算前に像加算を行う像加算方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−２４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
相関量加算方式は、斜め線などの低コントラスト被写体においても高精度な焦点検出精度が可能であり、苦手被写体の割合を低減することができる。しかし、相関量加算方式は、多数の相関演算を必要とし、演算負荷が多い。一方、像加算方式は、相関演算数を減らすことができるため演算負荷が少ない。しかし、像加算を行うことにより斜め線の信号が鈍ってしまうなど苦手被写体の割合が増加してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、所望の焦点検出精度を満たしつつ演算量を低減可能な撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての撮像装置は、結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素を備えた撮像手段と、前記複数の画素から出力された複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出する第１の算出手段と、前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出する第２の算出手段と、前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出する第３の算出手段とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての制御装置は、結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素から得られる複数の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する制御装置であって、前記複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出する第１の算出手段と、前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出する第２の算出手段と、前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出する第３の算出手段とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての制御方法は、結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素から得られる複数の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する制御方法であって、前記複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出するステップと、前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出するステップと、前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出するステップとを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としてのプログラムは、結像光学系の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の画素から得られる複数の像信号に基づいてデフォーカス量を算出するプログラムであって、該プログラムはコンピュータに、前記複数の像信号に基づいて、前記結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出するステップと、前記複数の評価値を加算して加算評価値を算出するステップと、前記加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出するステップとを実行させる。
【００１１】
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
【００１２】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所望の焦点検出精度を満たしつつ演算量を低減可能な撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】各実施形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】各実施形態における画素配列を示す図である。
【図３】各実施形態における画素構造を示す図である。
【図４】各実施形態における撮像素子および瞳分割機能の説明図である。
【図５】各実施形態における撮像素子および瞳分割機能の説明図である。
【図６】各実施形態におけるデフォーカス量と像ずれ量との関係図である。
【図７】各実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。
【図８】各実施形態における第１焦点検出信号および第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングの説明図である。
【図９】各実施形態におけるフィルタ処理の説明図である。
【図１０】第１実施形態における焦点検出方法の説明図である。
【図１１】第１実施形態において、像加算数を変化させた場合の像加算波形の概略図である。
【図１２】各実施形態において、絞り値の変化に応じた基線長の概略図である。
【図１３】第１実施形態において、絞り値に応じた焦点検出可能条件の変化の説明図である。
【図１４】各実施形態における焦点検出のための概略構成図である。
【図１５】第１実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。
【図１６】第２実施形態におけるライン間引き方法の説明図である。
【図１７】第２実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態における撮像装置の概略構成について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１００（カメラ）のブロック図である。本実施形態の撮像装置１００は、カメラ本体とカメラ本体に着脱可能な交換レンズ（結像光学系または撮影光学系）とを備えたデジタルカメラシステムである。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、カメラ本体とレンズとが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。
【００１７】
第１レンズ群１０１は、撮影レンズ（結像光学系）を構成する複数のレンズ群のうち最も前方（被写体側）に配置されており、光軸ＯＡの方向（光軸方向）に進退可能な状態でレンズ鏡筒に保持される。絞り兼用シャッタ１０２（絞り）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とともに、静止画撮影時には露光時間調節用シャッタとして機能する。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と一体的に光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して変倍動作を行うズーム機能を有する。第３レンズ群１０５は、光軸方向に進退することにより焦点調節（フォーカス動作）を行うフォーカスレンズ群である。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。
【００１８】
撮像素子１０７（撮像手段）は、結像光学系を介して被写体像（光学像）の光電変換を行い、例えばＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサ、および、その周辺回路により構成される。撮像素子１０７は、結像光学系の結像面に配置されている。撮像素子１０７としては、例えば、横方向にｍ個の画素、縦方向にｎ個の画素を有する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をオンチップで形成した２次元単板カラーセンサが用いられる。
【００１９】
ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動（駆動）することで第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向に沿って移動させることにより、変倍動作を行う。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光量（撮影光量）を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間を制御する。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。
【００２０】
電子フラッシュ１１５は、被写体を照明するために用いられる照明装置である。電子フラッシュ１１５としては、キセノン管を備えた閃光照明装置または連続発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を備えた照明装置が用いられる。ＡＦ補助光手段１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して、被写体に投影する。これにより、暗い被写体や低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させることができる。
【００２１】
ＣＰＵ１２１は、撮像装置１００の種々の制御を司る制御装置（制御手段）である。ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを読み出して実行することにより、撮像装置１００の各種回路を駆動し、焦点検出（ＡＦ）、撮影、画像処理、または、記録などの一連の動作を制御する。本実施形態において、ＣＰＵ１２１は、相関量算出手段１２１ａ（第１の算出手段）、加算相関量算出手段１２１ｂ（第２の算出手段）、および、焦点検出手段１２１ｃ（第３の算出手段）を有する。これらの機能の詳細については後述する。
【００２２】
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の点灯制御を行う。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６の点灯制御を行う。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（画像処理手段）は、撮像素子１０７から出力された画像データのγ（ガンマ）変換、カラー補間、または、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）圧縮などの処理を行う。
【００２３】
フォーカス駆動回路１２６（フォーカス駆動手段）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を駆動し、第３レンズ群１０５を光軸方向に沿って移動させることにより、焦点ずれ量（デフォーカス量）を調節する。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を駆動して、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御する。ズーム駆動回路１２９（ズーム駆動手段）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。
【００２４】
表示器１３１（表示手段）は、例えばＬＣＤ（液晶表示装置）を備えて構成される。表示器１３１は、撮像装置１００の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、または、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ１３２（操作手段）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、および、撮影モード選択スイッチなどを備えて構成される。レリーズスイッチは、半押し状態（ＳＷ１がＯＮの状態）、および、全押し状態（ＳＷ２がＯＮの状態）の２段階のスイッチを有する。記録媒体１３３は、例えば撮像装置１００に着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影画像（画像データ）を記録する。
【００２５】
続いて、図２および図３を参照して、本実施形態における撮像素子１０７の画素配列および画素構造について説明する。図２は、撮像素子１０７の画素配列を示す図である。図３は、撮像素子１０７の画素構造を示す図であり、図３（ａ）は撮像素子１０７の画素２００Ｇの平面図（＋ｚ方向から見た図）、図３（ｂ）は図３（ａ）中の線ａ−ａの断面図（−ｙ方向から見た図）をそれぞれ示している。
【００２６】
図２は、撮像素子１０７（２次元ＣＭＯＳセンサ）の画素配列（撮影画素の配列）を、４列×４行の範囲で示している。本実施形態において、各々の撮像画素（画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ）は、焦点検出画素２０１、２０２（２つの瞳分割用の副画素）により構成されている。このため、図２には、焦点検出画素の配列が８列×４行の範囲で示されていることになる。
【００２７】
図２に示されるように、２列×２行の画素群２００は、画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂがベイヤー配列で配置されている。すなわち画素群２００のうち、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が右下にそれぞれ配置されている。各画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ（各撮像画素）は、２列×１行に配列された焦点検出画素２０１（第１焦点検出画素）および焦点検出画素２０２（第２焦点検出画素）により構成されている。焦点検出画素２０１は、結像光学系の第１瞳領域を通過した光束を受光する画素である。焦点検出画素２０２は、結像光学系の第２瞳領域を通過した光束を受光する画素である。図２に示されるように、撮像素子１０７は、４列×４行の撮像画素（８列×４行の焦点検出画素）を面上に多数配置して構成されており、撮像信号（焦点検出信号）を出力する。
【００２８】
図３（ｂ）に示されるように、本実施形態の画素２００Ｇには、画素の受光面側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が設けられている。マイクロレンズ３０５は、受光面からｚ軸方向（光軸ＯＡの方向）に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。また画素２００Ｇには、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および光電変換部３０２が形成されている。光電変換部３０１および光電変換部３０２は、それぞれ、第１焦点検出画素２０１および第２焦点検出画素２０２に対応する。
【００２９】
光電変換部３０１および光電変換部３０２は、それぞれ、ｐ型層とｎ型層との間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造のフォトダイオードとして構成される。必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合のフォトダイオードとして構成してもよい。画素２００Ｇ（各画素）には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１および光電変換部３０２との間に、カラーフィルタ３０６が設けられる。必要に応じて、副画素（焦点検出画素）毎にカラーフィルタ３０６の分光透過率を変えることができ、またはカラーフィルタを省略してもよい。
【００３０】
図３に示されるように、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で分光された後、光電変換部３０１および光電変換部３０２で受光される。光電変換部３０１および光電変換部３０２においては、受光量に応じて電子とホールとの対が生成され、それらが空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層に蓄積される。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および光電変換部３０２のｎ型層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る。
【００３１】
続いて、図４を参照して、撮像素子１０７の瞳分割機能について説明する。図４は、撮像素子１０７の瞳分割機能の説明図であり、１つの画素部における瞳分割の様子を示している。図４は、図３（ａ）に示される画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面図、および、結像光学系の射出瞳面を示している。図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るため、断面図のｘ軸およびｙ軸を図３のｘ軸およびｙ軸に対してそれぞれ反転させている。
【００３２】
図４において、焦点検出画素２０１（第１焦点検出画素）の瞳部分領域５０１（第１瞳部分領域）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を介して略共役関係になっている。このため瞳部分領域５０１は、焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。焦点検出画素２０１の瞳部分領域５０１の重心は、瞳面上で＋ｘ側に偏心している。また、焦点検出画素２０２（第２焦点検出画素）の瞳部分領域５０２（第２瞳部分領域）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を介して略共役関係になっている。このため瞳部分領域５０２は、焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。焦点検出画素２０２の瞳部分領域５０２の重心は、瞳面上で−ｘ側に偏心している。瞳領域５００は、光電変換部３０１、３０２（焦点検出画素２０１、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。
【００３３】
図５は、撮像素子１０７と瞳分割機能の説明図である。結像光学系の瞳領域のうち互いに異なる瞳部分領域５０１、５０２を通過した光束は、撮像素子１０７の各画素に互いに異なる角度で撮像素子１０７の撮像面８００に入射し、２×１分割された焦点検出画素２０１および第２焦点検出画素２０２で受光される。本実施形態では、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例について説明しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて垂直方向に瞳分割を行ってもよい。
【００３４】
このように本実施形態において、撮像素子１０７は、結像光学系（撮影レンズ）の瞳のうち互いに異なる領域（第１瞳部分領域、第２瞳部分領域）を通過する複数の光束を受光する複数の画素を備えている。撮像素子１０７は、複数の画素として、第１画素（第１焦点検出画素、例えば焦点検出画素２０１）および第２画素（第２焦点検出画素、例えば焦点検出画素２０２）を含む。第１焦点検出画素は、第１瞳部分領域（瞳部分領域５０１）を通過する光束を受光し、第２焦点検出画素は、第１瞳部分領域と異なる結像光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する。また本実施形態において、撮像画素は、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを合わせて構成された画素であり、第１瞳部分領域と第２瞳部分領域とを合わせた瞳領域を通過する光束を受光する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。撮像画素、第１焦点検出画素、および、第２焦点検出画素を互いに画素として構成し、撮像画素の配列の一部に、第１焦点検出画素および第２焦点検出画素を部分的に（離散的に）配置するように構成してもよい。
【００３５】
本実施形態では、撮像素子の各画素の焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点信号を生成し、各画素の焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子１０７の画素毎に、焦点検出画素２０１および焦点検出画素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）を生成することができる。
【００３６】
次に、撮像素子１０７の焦点検出画素２０１から出力される焦点検出信号（第１焦点検出信号）および焦点検出画素２０２から出力される焦点検出信号（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。
【００３７】
図６は、デフォーカス量と像ずれ量との関係図である。図６において、撮像素子１０７は撮像面８００に配置されており、図４および図５と同様に、結像光学系の射出瞳が瞳部分領域５０１、５０２に２分割されている様子が示されている。
【００３８】
デフォーカス量Ｄｅｆは、被写体の結像位置から撮像面８００までの距離を｜Ｄｅｆ｜として定義される。またデフォーカス量Ｄｅｆは、結像位置が撮像面８００よりも被写体側にある前ピン状態を負符号（Ｄｅｆ＜０）、結像位置が撮像面８００よりも被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（Ｄｅｆ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面８００（合焦位置）にある合焦状態において、デフォーカス量Ｄｅｆ＝０が成立する。図６において、合焦状態（Ｄｅｆ＝０）である被写体８０１、および、前ピン状態（Ｄｅｆ＜０）である被写体８０２がそれぞれ示されている。前ピン状態（Ｄｅｆ＜０）および後ピン状態（Ｄｅｆ＞０）を併せて、デフォーカス状態（｜Ｄｅｆ｜＞０）という。
【００３９】
前ピン状態（Ｄｅｆ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、瞳部分領域５０１（または瞳部分領域５０２）を通過した光束は、一度、集光する。その後、光束は、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心とする幅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焦点検出画素２０１（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。このため、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Ｄｅｆの大きさ｜Ｄｅｆ｜が増加するのに伴い、概ね比例して増加する。同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との間の被写体像の像ずれ量Ｐｒｅｄ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量Ｄｅｆの大きさ｜Ｄｅｆ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加する。後ピン状態（Ｄｅｆ＞０）に関しても同様であるが、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号と間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となる。
【００４０】
このように本実施形態において、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、または、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号と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焦点検出信号と間の像ずれ量の大きさは増加する。
【００４１】
次に、本実施形態における位相差方式の焦点検出について説明する。位相差方式の焦点検出を行う場合、撮像装置１００のＣＰＵ１２１は、第１焦点検出信号および第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（評価値）を算出する。そしてＣＰＵ１２１は、相関（信号の一致度）が良好になるシフト量に基づいて像ずれ量を算出する。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焦点検出信号間との間の像ずれ量の大きさが増加する関係があるため、ＣＰＵ１２１は、像ずれ量をデフォーカス量に変換して焦点検出を行う。
【００４２】
図７を参照して、位相差方式の焦点検出処理の流れについて説明する。図７は、本実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。図７の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１および画像処理回路１２５により実行される。
【００４３】
まずステップＳ７０１において、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７の有効画素領域の中から焦点調節を行うための焦点検出領域（相関演算領域）を設定する。そしてＣＰＵ１２１および画像処理回路１２５は、焦点検出領域に含まれる第１焦点検出画素の受光信号（出力信号）に基づいて第１焦点検出信号（Ａ像信号）を生成（取得）する。またＣＰＵ１２１および画像処理回路１２５は、焦点検出領域に含まれる第２焦点検出画素の受光信号（出力信号）に基づいて第２焦点検出信号（Ｂ像信号）を生成（取得）する。
【００４４】
続いてステップＳ７０３において、ＣＰＵ１２１および画像処理回路１２５は、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号のそれぞれに対して、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。ここで、図８を参照して、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングについて説明する。図８は、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングの説明図である。具体的には、図８は、撮像素子１０７の周辺像高における焦点検出画素２０１の瞳部分領域５０１、焦点検出画素２０２の瞳部分領域５０２、および、結像光学系の射出瞳４００の関係を示している。
【００４５】
図８（ａ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌ（射出瞳４００と撮像素子１０７の撮像面との距離）と、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓとが等しい場合を示している。この場合、瞳部分領域５０１および瞳部分領域５０２により、結像光学系の射出瞳４００は略均等に瞳分割される。
【００４６】
一方、図８（ｂ）にされるように、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓよりも短い場合、撮像素子１０７の周辺像高では、結像光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳との間に瞳ずれが生じる。このため、結像光学系の射出瞳４００が不均一に瞳分割される。同様に、図８（ｃ）に示されるように、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓよりも長い場合、撮像素子１０７の周辺像高では、結像光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳との間に瞳ずれが生じる。このため、結像光学系の射出瞳４００が不均一に瞳分割される。周辺像高で瞳分割が不均一になるのに伴い、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号の強度も互いに不均一となる。このため、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号のいずれか一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなるシェーディングが生じる。
【００４７】
図７のステップＳ７０３では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域の像高、撮像レンズ（結像光学系）の絞り値（Ｆ値）、および、射出瞳距離に応じて、第１焦点検出信号の第１シェーディング補正係数および第２焦点検出信号の第２シェーディング補正係数を生成する。そしてＣＰＵ１２１（画像処理回路１２５）は、第１焦点検出信号に第１シェーディング補正係数を乗算し、第２焦点検出信号に第２シェーディング補正係数を乗算して、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号のシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。
【００４８】
位相差方式の焦点検出を行う際、ＣＰＵ１２１は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との相関（信号の一致度）に基づいて、デフォーカス量を検出（算出）する。瞳ずれによるシェーディングが生じると、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との相関（信号の一致度）が低下する場合がある。そこで位相差方式の焦点検出の際には、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との相関（信号の一致度）を改善して焦点検出性能を向上させるため、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行うことが好ましい。
【００４９】
続いてステップＳ７０４において、ＣＰＵ１２１および画像処理回路１２５（フィルタ手段）は、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号に対して、フィルタ処理を行う。図９は、フィルタ処理の説明図であり、本実施形態のフィルタ処理における通過帯域例を実線で示している。本実施形態では、位相差方式の焦点検出により大デフォーカス状態での焦点検出を行う。このため、フィルタ処理における通過帯域は、低周波帯域を含むように構成される。必要に応じて、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う際に、デフォーカス状態に応じて、焦点検出処理の際のフィルタ処理の通過帯域を、図９に示される１点鎖線のように、より高周波帯域に移動させるように調整してもよい。
【００５０】
続いてステップＳ７０５において、ＣＰＵ１２１（画像処理回路１２５）は、フィルタ処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号とを相対的に瞳分割方向にシフトさせるシフト処理を行う。そしてＣＰＵ１２１は、信号の一致度を表す相関量（評価値）を算出する。
【００５１】
ここで、フィルタ処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷ、シフト処理によるシフト量をｓ、シフト量ｓのシフト範囲をΓとする。このとき、相関量ＣＯＲ（評価値）は、以下の式（１）のように表される。
【００５２】
【数１】
2015215395.tif 000003
【００５３】
またＣＰＵ１２１は、シフト量ｓだけシフト処理を行うことにより、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ）とを対応させて減算し、シフト減算信号を生成する。そしてＣＰＵ１２１は、生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域に対応する範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、相関量ＣＯＲ（ｓ）を算出する。またＣＰＵ１２１は、算出した相関量ＣＯＲ（ｓ）を、ＡＦ枠（焦点検出領域）に含まれる複数行において加算し、加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲ（ｓ）を算出する。
【００５４】
続いてステップＳ７０６において、ＣＰＵ１２１は、サブピクセル演算を行い、加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲ（ｓ）に基づいて、相関量が最小値となる実数値のシフト量を像ずれ量Ｐｒｅｄとして算出する。そしてＣＰＵ１２１は、像ずれ量Ｐｒｅｄに、焦点検出領域の像高、撮像レンズ（結像光学系）の絞り値、および、射出瞳距離に応じたデフォーカス換算係数Ｋを掛けて、デフォーカス量Ｄｅｆを検出（算出）する。このように本実施形態において、ＣＰＵ１２１は、位相差方式の焦点検出処理により、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号のそれぞれに対してフィルタ処理およびシフト処理を行って相関量を算出する。そしてＣＰＵ１２１は、各行における相関量を加算した加算相関量に基づいて、デフォーカス量を検出する。
【００５５】
本実施形態において、ＣＰＵ１２１は、像加算数ｎｉｍｇの画像信号（像信号）に対して像加算を行い、生成した像加算波形（像加算信号）に基づいて相関演算を行う。またＣＰＵ１２１は、相関演算により算出した相関量を、相関量加算数ｎＣＯＲの相関量に対して加算し（相関量加算を行い）、算出した加算相関量に基づいて焦点検出を行う。像加算による演算量の低減は、信号を加算することで低輝度被写体に対して優位性を示すが、加算により波形が鈍り、斜め線などの被写体に弱い。
【００５６】
図１０は、本実施形態における焦点検出方法の説明図であり、像加算による演算量の低減方法を示している。図１０において、ｎｌｉｎｅは焦点検出ライン数、ｎＣＯＲは相関量加算数である。図１０は、焦点検出ライン数ｎｌｉｎｅ＝６４、像加算数ｎｉｍｇ＝１６、相関量加算数ｎＣＯＲ＝４と設定した場合の例を示している。相関量加算数ｎＣＯＲは相関演算回数と等しいため、相関量加算数ｎＣＯＲの増減は相関演算回数の増減を意味する。
【００５７】
図１０において、１００１は被写体、１００２はＡＦ枠（焦点検出領域）、１００３は１つの焦点検出ラインである。図１０の「（ａ）画像信号」の列において、Ａ１〜Ａ６４、Ｂ１〜Ｂ６４は画像信号であり、Ａ、Ｂのそれぞれの添え字は画像信号Ａ、Ｂを取得したラインアドレス（焦点検出ライン１００３の番号）を示している。図１０の「（ｂ）像加算波形」の列において、ｓｕｍ＿Ａ１，１６〜ｓｕｍ＿Ａ４９，６４、ｓｕｍ＿Ｂ１，１６〜ｓｕｍ＿Ｂ４９，６４は像加算波形である。像加算波形ｓｕｍ＿Ａ、ｓｕｍ＿ｂのそれぞれの添え字の「１，１６」は、ラインアドレス１〜１６の画像信号Ａ、Ｂをそれぞれ加算平均して生成した像加算波形であることを示している。
【００５８】
図１０の「（ｃ）相関量ＣＯＲ」の列において、ＣＯＲ１，１６〜ＣＯＲ４９，６４は対応する像加算波形に関する相関量ＣＯＲである。相関量ＣＯＲの添え字の「１，１６」は、ラインアドレス１〜１６の画像信号を加算し生成した像加算波形ｓｕｍ＿Ａ１，１６、ｓｕｍ＿Ｂ１，１６に基づいて算出された相関量ＣＯＲであることを示している。また、図１０中のＰｒｅｄは像ずれ量、Ｋはデフォーカス換算係数、Ｄｅｆはデフォーカス量をそれぞれ示している。図１０の「（ｄ）加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲ」の列において、ｓｕｍ＿ＣＯＲは加算相関量ＣＯＲである。なお、図１０の「（ａ）画像信号」、「（ｂ）像加算波形」の列において、横軸は画素位置（ｘ）、縦軸は信号強度（Ｉｎｔ．）を示している。図１０の「（ｃ）相関量ＣＯＲ」、「（ｄ）加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲ」の列において、横軸はシフト量（ｓ）、縦軸は相関量（ＣＯＲ）を示している。
【００５９】
本実施形態において、ＣＰＵ１２１（画像処理回路１２５）は、まず、ＡＦ枠１００１内で検出された被写体１００１の信号を取得する。すなわちＣＰＵ１２１は、図１０の「（ａ）画像信号」の列に示されるように、各焦点検出ラインから画像信号Ａ１〜Ａ６４、Ｂ１〜Ｂ６４を取得する。続いてＣＰＵ１２１は、画像信号Ａ１〜Ａ６４、Ｂ１〜Ｂ６４に対して、像加算数ｎｉｍｇ（本実施形態ではｎｉｍｇ＝１６）ずつ像加算を行う。これによりＣＰＵ１２１は、図１０の「（ｂ）像加算波形」の列に示されるように、像加算波形ｓｕｍ＿Ａ１，１６〜ｓｕｍ＿Ａ４９，６４、ｓｕｍ＿Ｂ１，１６〜ｓｕｍ＿Ｂ４９，６４を生成する。
【００６０】
次に、ＣＰＵ１２１は、像加算波形ごとに相関演算を行い、図１０の「（ｃ）相関量ＣＯＲ」の列に示されるように相関量ＣＯＲ１，１６〜ＣＯＲ４９，６４を算出する。続いてＣＰＵ１２１は、各相関量ＣＯＲを加算し（相関量加算を行い）、加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲを算出する。そしてＣＰＵ１２１は、加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲに基づいて像ずれ量Ｐｒｅｄを算出し、算出した像ずれ量Ｐｒｅｄにデフォーカス換算係数Ｋを乗じてデフォーカス量Ｄｅｆに換算する。
【００６１】
相関量加算においては、相関量加算数ｎＣＯＲが大きいほど、斜め線や高周波の低コントラスト被写体においても高精度な焦点検出を行うことが容易に実現可能となる。しかし、相関量加算数ｎＣＯＲが大きいと多数の相関演算が必要となり、演算負荷が大きくなる。
【００６２】
一方、像加算においては、像加算数ｎｉｍｇを大きいほど、相関演算数を減らすことができるため、演算負荷を小さくすることが可能である。しかし、像加算することで斜め線の信号が鈍ってしまうなど、焦点検出の精度が低下する場合が多くなる。
【００６３】
焦点検出ライン数ｎｌｉｎｅ、相関量加算数ｎＣＯＲ、および、像加算数ｎｉｍｇの関係は、以下の式（２）のように表される。
【００６４】
【数２】
2015215395.tif 000004
【００６５】
式（２）に示されるように、相関量加算数ｎＣＯＲと像加算数ｎｉｍｇとはトレードオフの関係にある。すなわち、相関量加算数ｎＣＯＲを大きくすると像加算数ｎｉｍｇは小さくなる。一方、相関量加算数ｎＣＯＲを小さくすると像加算数ｎｉｍｇは大きくなる。
【００６６】
次に、図１１を参照して、像加算数ｎｉｍｇと像加算波形との関係について説明する。図１１は、像加算数ｎｉｍｇを変化させた場合の像加算波形の概略図である。図１１中の各波形において、横軸は画素位置、縦軸は信号強度をそれぞれ示している。
【００６７】
１１０１Ａ、１１０１Ｂは、像加算数ｎｉｍｇが小さい場合（ｎｉｍｇ＝小）における像加算波形である。１１０２Ａ、１１０２Ｂは、像加算数ｎｉｍｇが中間である場合（ｎｉｍｇ＝中）における像加算波形である。１１０３Ａ、１１０３Ｂは、像加算数ｎｉｍｇが大きい場合（ｎｉｍｇ＝大）における像加算波形である。１１０１ＢＰＦ＿Ａ〜１１０３ＢＰＦ＿Ａ、１１０１ＢＰＦ＿Ｂ〜１１０３ＢＰＦ＿Ｂは、像加算波形１１０１Ａ〜１１０３Ａ、１１０１Ｂ〜１１０３Ｂに差分フィルタを適用したフィルタ処理後の波形（フィルタ処理波形）である。１１１１は被写体である。
【００６８】
像加算数が小さい場合における像加算波形１１０１Ａ、１１０１Ｂは、鋭いエッジを有する。一方、像加算数が中間の場合における像加算波形１１０２Ａ、１１０２Ｂ、像加算数が大きい場合における像加算波形１１０３Ａ、１１０３Ｂは、像加算数の増加に伴いエッジの鈍り具合が大きくなる。
【００６９】
フィルタ処理波形に関し、信号強度は、像加算波形の鈍り具合の変化に伴って変化する。像加算数が小さい場合のフィルタ処理波形１１０１ＢＰＦ＿Ａ、１１０１ＢＰＦ＿Ｂは、ピークが急峻であり信号強度が大きい。一方、像加算が中間である場合のフィルタ処理波形１１０２ＢＰＦ＿Ａ、１１０２ＢＰＦ＿Ｂ、および、像加算数が大きい場合のフィルタ処理波形１１０３ＢＰＦ＿Ａ、１１０３ＢＰＦ＿Ｂは、像加算数の増加に伴い急峻性が低下し、信号強度が低下する。
【００７０】
以上のように、像加算においては、像加算数が大きいほど、斜め線の信号が鈍り、フィルタ処理波形の信号強度が低下する。その結果、ノイズの影響を受けやすくなり焦点検出精度が低下する条件が増加する。
【００７１】
次に、図１２を参照して、絞り値と基線長との関係について説明する。図１２は、絞り値の変化に応じた基線長の概略図である。１２０１ａ、１２０１ｂは、絞り値が小さい場合（Ｆ＝小）における線像である。１２０２ａ、１２０２ｂは、絞り値が大きい場合（Ｆ＝大）における線像である。Ｌ１、Ｌ２は、絞り値が小さい場合、大きい場合の基線長をそれぞれ示している。
【００７２】
射出瞳４００は、絞り値が小さい場合には大きく、絞り値が大きい場合には小さい。このため、射出瞳４００を通過して投影される線像の大きさは、絞り値の大きさに応じて、線像１２０１ａ、１２０１ｂおよび線像１２０２ａ、１２０２ｂのように変化する。絞り値が小さいときの線像１２０１ａ、１２０１ｂは、絞り値が大きいときの線像１２０２ａ、１２０２ｂよりも大きな線像となる。このため、線像１２０１ａ、１２０１ｂの基線長Ｌ１は、線像１２０２ａ、１２０２ｂの基線長Ｌ２に比べて大きい。このように、基線長は絞り値に応じて変化し、絞り値が大きいほど基線長は小さくなる。
【００７３】
また、デフォーカス換算係数Ｋは、基線長に反比例する。このため、デフォーカス換算係数Ｋは、絞り値が大きいほど大きくなる。したがって、絞り値を大きくするとデフォーカス換算係数Ｋは大きくなり、デフォーカス量Ｄｅｆに対する像ずれ量Ｐｒｅｄの算出誤差の影響が大きくなる。ここで、図１３を参照して、絞り値の変化に応じた、デフォーカス量Ｄｅｆに対する像ずれ量Ｐｒｅｄの算出誤差の影響について説明する。図１３は、絞り値に応じた焦点検出可能条件の変化の説明図である。
【００７４】
図１３（ａ）は、被写体角度を変化させた場合における被写体の代表例を示している。１３０１は被写体角度０°（被写体角度＝小）、１３０２は被写体角度４５°（被写体角度＝中）、１３０３は被写体角度８５°（被写体角度＝大）の被写体をそれぞれ示している。図１３（ｂ）は、各被写体角度と像加算数ｎｉｍｇに対する焦点検出の可否を印「○」、「×」で表す概略図である。図１３（ｂ）において、横軸は被写体角度、縦軸は像加算数ｎｉｍｇをそれぞれ示している。デフォーカス状態から最終合焦に追い込む際に、合焦状態にて算出したデフォーカス量（デフォーカス量算出値）が一定の基準値内に収まっている場合には印「○」、収まっていない場合には印「×」が示されている。１３１１は、絞り値がＦ１．２、１３１２は絞り値がＦ４、１３１３は絞り値がＦ１１の場合における焦点検出可否表である。
【００７５】
絞り値がＦ１．２と小さい場合の焦点検出可否表１３１１では、焦点検出可能な被写体角度と像加算数ｎｉｍｇの範囲は広い。一方、絞り値がＦ４の焦点検出可否表１３１２、および、絞り値がＦ１１の焦点検出可否表１３１３に示されるように、絞り値が大きくなるにつれて、焦点検出可能な範囲は制限される（範囲は小さくなる）。このように、デフォーカス換算係数Ｋが大きくなる場合、すなわち絞り値が大きい場合、ノイズによる誤差の影響が大きくなり、像加算によるＳ／Ｎ比の低下の影響を受けやすい。このため、特に絞り値が大きい場合、デフォーカス量Ｄｅｆの算出に対するノイズの影響を回避する必要がある。
【００７６】
一方、絞り値が大きい場合、デフォーカス量Ｄｅｆに対する像ずれ量Ｐｒｅｄが小さくなる。これは、デフォーカス換算係数Ｋが、絞り値が大きい場合には大きくなることと対応している。像ずれ量Ｐｒｅｄが小さい場合、相関量を算出する式（１）におけるシフト量ｓのシフト範囲Γを小さくすることができる。シフト量ｓのシフト範囲Γを小さくすることにより、相関量算出時の演算量を減らすことができる。このため、像加算数を小さくし、相関量加算数を大きくするように設定することが可能となる。したがって、ノイズの影響を受けやすい絞り値が大きい場合においても、シフト量ｓのシフト範囲Γを小さくし、相関量加算数を大きくすることにより、焦点検出精度と演算量の抑制（低減）とを両立させることができる。
【００７７】
必要な焦点検出精度を保ちながらに演算量を低減させるには、絞り値に応じて、相関量加算数ｎＣＯＲと像加算数ｎｉｍｇの割合を切り替える（変更する）ことが有効である。切り替え方法としては、絞り値が小さい場合、相関量加算数ｎＣＯＲを小さく設定する。一方、絞り値が大きい場合、相関量加算数ｎＣＯＲを大きく設定し、更に好ましくは、相関量算出時のシフト範囲Γを小さく設定する。
【００７８】
次に、図１４および図１５を参照して、本実施形態における焦点検出処理について説明する。図１４は、ＣＰＵ１２１および撮像素子１０７（撮像手段）における、焦点検出のための概略構成図である。本構成は、ＣＰＵ１２１がＲＯＭ（記憶手段）に記憶された所定のプログラムに基づいた処理を実行することにより実現される。
【００７９】
ＣＰＵ１２１は、相関量算出手段１２１ａ（第１の算出手段）、加算相関量算出手段１２１ｂ（第２の算出手段）、および、焦点検出手段１２１ｃ（第３の算出手段）を有する。まず、撮影を行って撮像素子１０７から出力された画像信号は、ＣＰＵ１２１の相関量算出手段１２１ａに入力される。なお、図１４には画像処理回路１２５が省略されている。実際には、図１に示されるように、撮像素子１０７からの画像信号は画像処理回路１２５に入力され、画像処理回路１２５から出力された画像信号がＣＰＵ１２１に入力される。ただし本実施形態はこれに限定されるものではなく、画像処理回路１２５の機能をＣＰＵ１２１が実行するように構成してもよい。
【００８０】
相関量算出手段１２１ａは、取得した画像信号を結像光学系の絞り値に応じて像加算を行い、像加算により得られた像加算波形に基づいて相関量を算出する。続いて、加算相関量算出手段１２１ｂは、相関量加算数の相関量を加算して加算相関量を算出し、焦点検出手段１２１ｃに送る。焦点検出手段１２１ｃは、加算相関量算出手段１２１ｂから受け取った加算相関量に基づいて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。
【００８１】
図１５は、本実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。図１５の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１（および画像処理回路１２５）により実行される。
【００８２】
まずステップＳ１５０１において、ＣＰＵ１２１は、結像光学系の絞り値（Ｆ値）を取得する。そしてステップＳ１５０２において、ＣＰＵ１２１は、取得した絞り値に応じて像加算数ｎｉｍｇを設定（決定）する。続いてステップＳ１５０３において、ＣＰＵ１２１（画像処理回路１２５）は、撮像素子１０７から出力された画像信号を取得する。そしてステップＳ１５０４において、ＣＰＵ１２１（相関量算出手段１２１ａ）は、ステップＳ１５０２にて決定された像加算数ｎｉｍｇに応じて、画像信号の像加算を行い、像加算波形を生成する。続いてステップＳ１５０５において、ＣＰＵ１２１は、像加算波形の光量差を除去または低減するため、シェーディング補正処理を行う。そしてステップＳ１５０６において、ＣＰＵ１２１は、シェーディング補正処理後の像加算波形に対してフィルタ処理を行う。
【００８３】
続いてステップＳ１５０７において、ＣＰＵ１２１は相関演算を行う。より具体的には、相関量算出手段１２１ａは、補正処理およびフィルタ処理された像加算波形に基づいて複数の相関量ＣＯＲを算出する。その後、加算相関量算出手段１２１ｂは、複数の相関量ＣＯＲを加算して加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲを算出する。続いてステップＳ１５０８において、焦点検出手段１２１ｃは、加算相関量ｓｕｍ＿ＣＯＲに基づいてデフォーカス量Ｄｅｆを算出する。そして、焦点検出に関する本フローを終了する。
【００８４】
このように本実施形態において、第１の算出手段（相関量算出手段１２１ａ）は、撮像素子１０７の複数の画素から出力された複数の像信号に基づいて、結像光学系の絞り値に応じた数の複数の評価値を算出する。第２の算出手段（加算相関量算出手段１２１ｂ）は、複数の評価値を加算して加算評価値を算出する。第３の算出手段（焦点検出手段１２１ｃ）は、加算評価値に基づいてデフォーカス量を算出する。
【００８５】
好ましくは、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値である場合、複数の評価値の数を第１の数に設定する。また、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、複数の評価値の数を第１の数よりも小さい第２の数に設定する。より好ましくは、第１の算出手段は、複数の評価値として複数の相関量を算出し、第２の算出手段は、加算評価値として加算相関量を算出する。
【００８６】
好ましくは、第１の算出手段は、複数の像信号のうち、絞り値に応じた数の像信号を加算して複数の加算波形を生成し、複数の加算波形のそれぞれに対して相関演算を行うことにより複数の評価値を算出する。より好ましくは、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値である場合、絞り値に応じた像信号の加算数を第１の加算数に設定する。また、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、像信号の加算数を第１の加算数よりも大きい第２の加算数に設定する。
【００８７】
好ましくは、画像処理手段（画像処理回路１２５）は、複数の加算波形に対してシェーディング補正を行う。また好ましくは、フィルタ手段（画像処理回路１２５）は、複数の加算波形に対してフィルタ処理を行う。
【００８８】
好ましくは、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値である場合、複数の評価値を算出する際のシフト量を第１のシフト量に設定する。また、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、シフト量を第１のシフト量よりも大きい第２のシフト量に設定する。
【００８９】
本実施形態によれば、絞り値に応じて像加算数ｎｉｍｇと相関量加算数ｎＣＯＲの割合を変更することにより、焦点検出精度の向上および演算量の低減を両立させることができる。
【００９０】
［第２実施形態］
次に、図１６および図１７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の像加算に代えて、または像加算を行うとともに、ライン間引きを行うことにより、演算量を低減させる。なお、本実施形態の基本構成は第１実施形態と同様であるため、それらの説明については省略する。
【００９１】
図１６は、本実施形態におけるライン間引き方法の説明図である。図１６（ａ）は、ＡＦ枠１００２内の焦点検出ライン１００３を均等に間引いた場合を示している。図１６（ｂ）は、ＡＦ枠１００２内の焦点検出ライン１００３を、範囲を限定して（所定の範囲のみにおいて）間引いた場合を示している。図１６（ａ）中の１６０１は、均等に間引いた場合における画像信号を取得するラインである。図１６（ｂ）中の１６０２は、範囲を限定して間引いた場合における画像信号を取得するラインである。
【００９２】
図１６（ａ）に示されるように焦点検出ライン１００３を均等に間引いた場合、広い範囲で焦点検出が可能であるため、被写体抜けが起こりにくいが、遠近競合を起こしやすい。一方、図１６（ｂ）に示されるように範囲を限定して焦点検出ライン１００３を間引いた場合、間引く範囲が狭くなるため、遠近競合が起こりにくいが、被写体抜けを起こしやすい。
【００９３】
第１実施形態のように像加算により演算量を低減しようとすると、像加算により波形が鈍り、斜め線などの被写体に弱くなる。一方、本実施形態のようにライン間引きでは、像加算を行わないため、波形が鈍ることがなく、斜め線などの被写体に対して優位性を示す。このため本実施形態のように、ライン間引きによる演算量の低減も有効である。ただし、ライン間引きは低輝度被写体に対して弱いが、第１実施形態のような像加算は信号を加算することで低輝度被写体に強い。このため、像加算およびライン間引きのそれぞれの特性を効果的に利用し、コントラストなどの被写体条件に応じて、像加算とライン間引きとを切り替えるように、または、像加算とライン間引きとを組み合わせるように構成することが好ましい。
【００９４】
図１７は、本実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。図１７の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１（および画像処理回路１２５）により実行される。図１７は、図１５のステップＳ１５０２、Ｓ１５０４に代えて、ステップＳ１７０２、Ｓ１７０４が設けられている点で、図１５を参照して説明した第１実施形態とは異なる。図１７のステップＳ１７０１、Ｓ１７０３、Ｓ１０７５〜Ｓ１０７８は、図１５のステップＳ１５０５、Ｓ１５０３、Ｓ１５０５〜Ｓ１５０８とそれぞれ同様であるため、それらの説明については省略する。
【００９５】
ステップＳ１７０２において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１７０１にて取得した絞り値（Ｆ値）に応じて、ライン間引き率を決定する。決定されたライン間引き率に応じて、例えば、図１６（ａ）に示される均等間引きの場合にはライン１６０１の間隔が変更され、図１６（ｂ）に示される範囲限定間引きの場合にはライン１６０２の範囲（領域の大きさ）が変更される。好ましくは、ライン間引き率は、絞り値が小さいほど大きくなるように設定される。そしてステップＳ１７０４において、ＣＰＵ１２１（相関量算出手段１２１ａ）は、ステップＳ１７０２にて決定されたライン間引き率に応じて、画像信号のライン間引きを行う。
【００９６】
このように本実施形態において、第１の算出手段（相関量算出手段１２１ａ）は、絞り値に応じた間引き率で複数の像信号を間引き、間引かれた像信号に基づいて相関演算を行うことにより複数の評価値を算出する。好ましくは、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値である場合、絞り値に応じた間引き率を第１の間引き率に設定する。また、第１の算出手段は、絞り値が第１の絞り値よりも小さい第２の絞り値である場合、間引き率を第１の間引き率よりも大きい第２の間引き率に設定する。好ましくは、画像処理手段（画像処理回路１２５）は、間引かれた前記像信号に対してシェーディング補正を行う。また好ましくは、フィルタ手段（画像処理回路１２５）は、間引かれた像信号に対してフィルタ処理を行う。
【００９７】
本実施形態の構成によれば、絞り値に応じてライン間引き率を設定することにより、焦点検出精度の向上および演算量の低減を両立することができる。
【００９８】
［その他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
【００９９】
各実施形態によれば、所望の焦点検出精度を満たしつつ演算量を低減可能な撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【０１００】
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。
【符号の説明】
【０１０１】
１００  撮像装置
１２１ａ  相関量算出手段（第１の算出手段）
１２１ｂ  加算相関量算出手段（第２の算出手段）
１２１ｃ  焦点検出手段（第３の算出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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